PRESENTACIÓN - Exsa nbsp;· Voladura controlada y amortiguada a) Voladura controlada en superficie b) Voladura controlada en trabajos subterráneos c) Voladura amortiguada: Air Deck

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    30-Jan-2018

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23EXSA S.A. en sus 46 aos de vida institucional viene proporcionandoa las industrias minera y de construccin civil, una completa gamade productos explosivos de reconocida calidad, fabricada en susplantas industriales de Lurn, Tacna y Trujillo con la ms avanzadatecnologa y bajo estrictas normas de seguridad. Asimismo, cuentacon accesorios de voladura para las diversas aplicaciones, lo cualpermite a EXSA S.A. ofrecer a sus clientes un paquete completo depara todo tipo de voladura; actividades complementadas con elservicio integral de voladura y el asesoramiento permanente depersonal t0cnico especializado.La preservacin del medio ambiente es una de las principalesmetas y preocupaciones de EXSA S.A. por lo que vienedesarrollando un sistema de gestin ambiental basado en la normaISO 14 000, lo cual ratifica su compromiso con el respeto delenterno.Como el empleo de explosivos requiere tcnicas especializadaspara cada condicin de trabajo y tipo de roca, es necesario contarcon personal idneo, responsable y bien preparado parautilizarlos. Es en este aspecto que EXSA S.A. colabora decididamentecon los usuarios mediante capacitacin a sus operadores, en lamina u obra y en sus Centros Tecnolgicos de Voladura EXSA,ubicados en las ciudades de Lima, Arequipa y Trujillo.Esta cuarta edicin del Manual de Voladura EXSA comprendeprincipios fundamentales de voladura y tcnicas de aplicacin deuso general, a fin de que sirva como gua para los operadores, ypuedan aplicar los procedimientos ms adecuados y seguros parael trabajo que realizan, poniendo nfasis en la optimizacin decostos.Como toda gua, el propio usuario deber ajustar valores y criteriosa su propia realidad, para un mejor resultado.Por otro lado, EXSA S.A. no puede asumir responsabilidad por eluso inadecuado de sus productos ni por la informacinproporcionada en este manual, ya que cada caso de voladura esespecfico y requiere un diseo y mtodo de ejecucin adecuados,siempre dentro de las normas de seguridad.PRESENTACIN45CAPTULO 1Explosivosa) Generalidadesb) Mecnica de roturaCAPTULO 2Clasificacin de los explosivosCAPTULO 3Caractersticas y propiedades de los explosivosCAPTULO 4Rocasa) Clasificacin (Resumen)b) Caractersticasc) Propiedades mecnicasCAPTULO 5Geologa y sus efectos en voladuraCAPTULO 6Perforacina) GeneralidadesCAPTULO 7Cebado o primado de explosivosa ) Carga de taladros en superficie y subsuelob) Carguo mecanizado en superficieCAPTULO 8Mtodos de iniciacina) Iniciacin con mecha de seguridadb) Iniciacin con cordn detonantec) Iniciacin con sistema elctrico (convencionaly secuencial)d) Iniciacin con detonadores no elctricos de retardoe) Comentarios prcticos sobre los sistemas iniciadoresCAPTULO 9Voladura de rocasa ) Voladura de bancos en superficie. Fundamentosb) Voladura convencional, mtodo prctico, canteras y tajos.c) Trazos y salidasd) Voladura de crter. Generalidadese) Voladura de gran proyeccin: Cast Blasting.Generalidades7697789109159pg.233353INDICE6f) Voladura de subsuelo. Fundamentosg ) Tneles, galeras, chimeneas y piques. Diseo bsicoh) Mtodos de minado subterrneo. Generalidadesi) Voladura con taladros largos. Generalidadesj) Voladuras especiales: Voladura de tapnCAPTULO 10Rotura secundariaa ) Voladura secundaria. Plastas y cachorrosb) Cargas conformadasCAPTULO 11Voladura controlada y amortiguadaa) Voladura controlada en superficieb) Voladura controlada en trabajos subterrneosc) Voladura amortiguada: Air Deckd) Voladuras controladas especiales: EscollerasCAPTULO 12Voladuras en obras vialesa ) Cortes a media ladera y trincherasb) Voladura de gran volumen por gravedadCAPTULO 13Voladuras en agricultura y habilitacin de suelosa ) Irrigaciones, zanjas y canalesb) Explotacin forestal y aurfera. Eliminacin de toconesc) Hoyos para postes, pilotaje y plantonesCAPTULO 14Voladura bajo recubrimiento y voladura bajo aguaa) Voladura de material detrtico. Desbrocesb) Voladura bajo aguaCAPTULO 15Explosivos en la industria petroleraa ) Prospeccin sismogrfica. Mtodosb) Explosivos para ssmica y usos especialesc) Excavacin de zanjas para oleoductosCAPTULO 16Seguridad en el uso de explosivos en voladuraa) Normas y aspectos generalesb) Transporte de explosivosc) Riesgos en aplicacin de explosivos. Tiros falladosd) Destruccin de explosivose) Gases y polvof) Proyeccin de rocasg ) Vibraciones en voladura2232392652813013153377CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 1O 1O 1O 1O 189os materiales explosivos son compuestos o mezclasde sustancias en estado slido, lquido o gaseoso, quepor medio de reacciones qumicas de xido-reduccin,son capaces de transformarse en un tiempo muy breve,del orden de una fraccin de microsegundo, enproductos gaseosos y condensados, cuyo volumeninicial se convierte en una masa gaseosa que llega aalcanzar muy altas temperaturas y en consecuencia muyelevadas presiones.As, los explosivos comerciales son una mezcla desustancias, combustibles y oxidantes, que incentivadasdebidamente, dan lugar a una reaccin exotrmica muyrpida, que genera una serie de productos gaseosos aalta temperatura y presin, qumicamente ms estables,y que ocupan un mayor volumen, aproximadamente1 000 a 10 000 veces mayor que el volumen original delespacio donde se aloj el explosivo.Estos fenmenos son aprovechados para realizartrabajo mecnico aplicado para el rompimiento demateriales ptreos, en lo que constituye la tcnica devoladura de rocas.Los explosivos constituyen una herramienta bsica parala explotacin minera y para obras de ingeniera civil.Los procesos de reaccin segn su carcter fsico-qumico y el tiempo en que se realizan se catalogancomo:A. CombustinPuede definirse como tal a toda reaccin qumica capazde desprender calor pudiendo o no, ser percibida pornuestros sentidos, y que presenta un tiempo de reaccinbastante lento.B. DeflagracinEs un proceso exotrmico en el que la transmisin de lareaccin de descomposicin se basa principalmente enla conductividad trmica. Es un fenmeno superficial enel que el frente de deflagracin se propaga por elexplosivo en capas paralelas, a una velocidad baja, quegeneralmente no supera los 1 000 m/s.La deflagracin es sinnimo de una combustin rpida.Los explosivos ms lentos al ser activados dan lugar auna deflagracin en la que las reacciones se propaganpor conduccin trmica y radiacin.C. DetonacinEs un proceso fsico-qumico caracterizado por su granvelocidad de reaccin y por la formacin de grancantidad de productos gaseosos a elevada temperatura,que adquieren una gran fuerza expansiva (que setraduce en presin sobre el rea circundante).En los explosivos detonantes la velocidad de las primerasmolculas gasificadas es tan grande que no ceden su calorpor conductividad a la zona inalterada de la carga, sinoque los transmiten por choque, deformndola y produciendocalentamiento y explosin adiabtica con generacin denuevos gases. El proceso se repite con un movimientoondulatorio que afecta a toda la masa explosiva y que sedenomina onda de choque, la que se desplaza avelocidades entre 1 500 a 7 000 m/s segn la composicindel explosivo y sus condiciones de iniciacin.Un carcter determinante de la onda de choque en ladetonacin es que una vez que alcanza su nivel deequilibrio (temperatura, velocidad y presin) este semantiene durante todo el proceso, por lo que se diceque es autosostenida, mientras que la onda deflagrantetiende a amortiguarse hasta prcticamente extinguirse,de acuerdo al factor tiempo/distancia a recorrer.Tanto en la deflagracin como en la detonacin laturbulencia de los productos gaseosos da lugar a laformacin de la onda de choque. La regin de esta ondadonde la presin se eleva rpidamente se llama frentede choque. En este frente ocurren las reaccionesqumicas que transforman progresivamente a la materiaexplosiva en sus productos finales. Por detrs del frentede choque, que avanza a lo largo de la masa deexplosivo, se forma una zona de reaccin, que en sultimo tramo queda limitada por un plano ideal, quese denomina Plano de Chapman-Jouguet (CJ), en elcual la reaccin alcanza su nivel de equilibrio en cuantoa velocidad, temperatura, presin de gases, composiciny densidad, lo que se conoce como condiciones delestado de detonacin. En el plano CJ los gases seencuentran en estado de hipercompresin.La zona de reaccin en los altos explosivos es muyestrecha, slo de algunos milmetros en los msviolentos como TNT y dinamita gelatinosa y, por elcontrario, es de mayor amplitud en los explosivos lentoso deflagrantes como el ANFO.Otra diferencia es que en el caso de una combustin odeflagracin, los productos de la reaccin de xido-reduccin se mueven en el sentido contrario al sentidode avance de la combustin, mientras que en el casode una detonacin, los productos se desplazan en elmismo sentido de avance de la detonacin. Esto seevidencia por medio de la ecuacin fundamentalconocida como la Condicin de Chapman-Jouguet:VOD = S + Wdonde:VOD : velocidad de detonacin.S : velocidad de sonido.W : velocidad de partculas (productos).EXPLOSIVOSCAPITULO 1EXPLOSIVOSL10mientras que la detonacin es de carcter supersnico,pues las ondas de compresin se propagan a velocidadmayor que la del sonido con respecto al medio gaseosoresultante.En ambos casos la turbulencia de los productosgaseosos dar lugar a la formacin de la onda dechoque y la regin de esta onda donde la presinaumenta rpidamente se denomina frente de choque,que es precisa-mente donde transcurren las reaccionesfsico-qumicas que transforman progresivamente a lamateria explosiva en sus productos finales.En general, respecto a la velocidad, los explosivos sonconsiderados como:a. Deflagrantes: cuando la velocidad est por debajode los 1 000 m/s.b. Detonantes de bajo rgimen: de 1 000 a 1 800m/s (transicin entre deflagracin y detonacin).c. Detonantes de rgimen normal; con velocidadesentre 1 800 y 5 000 m/s (categora a la quepertenecen casi todos los explosivos de usoindustrial).d. Detonantes de alto rgimen: cuando la velocidadest por encima de los 5 000 m/s (es el caso delos altos explosivos de uso militar).Desde el punto de vista de aplicacin en la voladurade rocas, la reaccin de detonacin se traduce en unfuerte efecto de impacto triturador, mientras que enuna deflagracin este efecto es muy limitado.Donde se deduce que cuando W tiene un valor negativo,es decir cuando las partculas se mueven en el sentidocontrario al avance de la reaccin de xido-reduccin,se tendr que VOD < S, lo que significa que la velocidadde avance de la reaccin es menor que la velocidad delsonido. En este caso se tiene un fenmeno de simplecombustin o deflagracin subsnica.En resumen, deflagracin y detonacin son fenmenosde xido-reduccin, siendo la deflagracin de carctersubsnico, pues las ondas de compresin o dilatacinde baja densidad se propagan con una velocidadmenor o igual que la del sonido dentro de los gasesresultantes como producto de la combustin rpida,CAPTULO 111EXPLOSINLa explosin, por su parte, es un fenmeno denaturaleza fsica, resultado de una liberacin de energatan rpida que se considera instantnea. La explosines un efecto y no una causa.En la prctica se consideran varios tipos de explosinque se definen con base en su origen, a la proporcinde energa liberada y al hecho que desencadenanfuerzas capaces de causar daos materiales:A. Explosin por descomposicin muy rpidaLa liberacin instantnea de energa generada por unadescomposicin muy rpida de materias inestablesrequiere una materia inestable (explosivo) y unprocedimiento de detonacin.B. Explosin por oxidacin muy rpida del aireLa liberacin de energa generada por oxidacin muyrpida de un vapor, gas o polvo inflamable (gasolina,gris en las minas de carbn).C. Explosin nuclearEste tipo implica la liberacin instantnea de energacreada por fusin nuclear, tal como su-cede en unabomba de hidrgeno o por fisin nuclear, tal comosucede en la bomba atmica (uranio).D. Explosin por exceso de presinEste tipo de explosin es el resultado de la liberacininstantnea de la energa generada por un exceso depresin en recipientes, calderos o envases y puededeberse a diversos factores como calentamiento, malfuncionamiento de vlvulas u otros motivos.E. Ignicin espontneaLa ignicin espontnea puede producirse cuando tienelugar un proceso de oxidacin lento de la materia sinuna fuente externa de calor; comienza lentamentepero va hacindose ms rpido hasta que el productose inflama por s solo (carbn mineral acumulado,nitrato de amonio apilado sin ventilacin).Para el caso de los explosivos, a consecuencia de lafase de detonacin y ms all del plano CJ, ocurriruna descompresin y baja de temperatura de losgases hasta que alcancen una condicin de densidady presin que se conoce como condiciones delestado de explosin.TERMOQUMICA DE LOS EXPLOSIVOSSe refiere a los cambios de energa interna,principalmente en forma de calor.La energa almacenada en un explosivo se encuentraen forma de energa potencial, latente o esttica.La energa potencial liberada a travs del pro-ceso dedetonacin se transforma en energa cintica omecnica.La Ley de Conservacin de la Energa establece queen cualquier sistema aislado la cantidad de energa esconstante, aunque la forma puede cambiar, as:Energa potencial + Energa cintica = cte.Pero no toda la energa suministrada por un explosivose transforma en trabajo til, ya que tienen lugaralgunas prdidas, como vemos en el siguiente cuadro.CAPTULO 112En donde se considera la relacin constanteW = (VOD/4), pero en realidad, el divisor consideradoconstante flucta entre 3,4 y 5,8 con valores frecuentesentre 4,2 y 4,5 lo que debe tenerse presente.Esta frmula, muy cercana al valor terico, seaprovecha para clculos prcticos con datos de fcilalcance, principalmente para explosivos de medianao alta densidad.Ejemplos:- Para dinamita, con e = 1,3 g/cm3 yVOD = 4 500 m/s:PD = 1,3 x (4 500)2 x 10-5 = 66 kbar 4- Para ANFO 94/6, con e = 0,9 g/cm3 yVOD = 2 800 m/s:PD = 0,9 x (2 800)2 x 10-5 = 18 kbar 4Nota: Esta frmula (2) en unidades del SistemaInternacional sera:PD = e x (VOD)2 x 10-3 4En la que PD se expresa en Megapascales (MPa).b. Presin de explosinEs la presin de los gases producidos por la detonacin,cuando estos todava ocupan el volumen inicial delexplosivo antes de cualquier expansin. Nuevamentedentro de una primera aproximacin muy aceptada,se puede considerar que la presin de explosin esigual al 50 % de la presin de detonacin.Entonces, para la dinamita antes considerada:PE = 0,5 PDPE = 0,5 x 66 = 33 kbarDicho de otro modo, la presin termo-qumica opresin mxima disponible para trabajo (PE) equivalea la mitad de la presin de detonacin (PD), o sea:PE = e x (VOD)2 x 10-5 8Como ejemplo de referencia tenemos los siguientesrangos lmites de presin de explosin:ANFO Nitroglicerina30 kbar lmites 120 kbarLos explosivos comerciales deben proporcionarsuficiente energa remanente despus de la detonacincomo para poder fracturar la roca, desmenuzarla,desplazar los fragmentos y apilarlos adecuadamente.Los parmetros termoqumicos ms importantes de unproceso de reaccin son: presin, calor de explosin,balance de oxgeno, volumen de gases, temperaturasde explosin y energa disponible que en forma simplese definen como:A. PresinEfecto de la accin expansiva de los gases calientes deuna explosin.a. Presin de detonacinEs la presin que existe en el plano CJ detrs delfrente de detonacin, en el recorrido de la onda dedetonacin. Es funcin de la densidad y del cuadradode velocidad y su valor se expresa en kilobares (kbar)o en megapascales (MPa). As, en los explosivoscomerciales vara entre 500 y 1 500 MPa.Es un indicador significativo de la capacidad defragmentacin que posee un explosivo.Existen varias formas para estimarla por clculo ypruebas fsicas complicadas como la del acuario paradeterminarla bajo agua, pero dentro de la teorahidrodinmica se muestra que su valor prcticoexpresado en kilobares es:PD = e x VOD x W x 10-5donde:PD : presin de detonacin, en kbar.e : densidad del explosivo, en g/cm3.VOD : velocidad de detonacin, en m/s.W : velocidad de partcula (productos), en m/s.10-5 : factor de conversin.Teniendo en consideracin que el plano CJ se mueve amuy alta velocidad, mientras que la del movimiento de losproductos de explosin (W) slo alcanza un valor de 0,25VOD, se tiene como valor experimental medio que:W = 0,25 VOD, o sea W VOD 4Entonces, reemplazando en (1) tendremos la frmulaprctica siguiente:PD = e x (VOD)2 x 10-5 ; o tambin 4PD = e x (VOD)2 x 10-5 (2) 4CAPITULO 113c. Presin de taladro o de trabajoEs la presin que ejercen los gases sobre las paredesde taladro antes de iniciarse la deformacin de la roca.Depende de la densidad de carguo y se define comosigue: en el caso de un taladro total y perfectamentellenada, la presin de taladro es tericamente igual ala presin de explosin. En realidad ser algo inferior,ya que la presin de explosin presupone un fenmenoinstantneo, cuando realmente la transformacin delexplosivo en gas se produce en aproximadamente unmilisegundo o menos. De esta demora resulta unaligera prdida de presin, tal como lo demuestran lasconocidas curvas presin versus tiempo.Para gran nmero de explosivos se ha constatado quela presin de taladro obedece aproximadamente a lasiguiente ecuacin:PT = PE x dc2,5donde:dc : densidad de carguo.As, con el anterior ejemplo de la dinamita, condensidades de carguo de 0,8 y 0,9 g/cm3 y conpresin de explosin de 33 kbar, tendremos:PT = 33 x (0,9)2,5 = 25 kbarPT = 33 x (0,8)2,5 = 19 kbarLa frmula pierde validez para densidad de carguodemasiado baja.La presin de explosin decae rpidamente hastaalcanzar lo que se denomina presin de taladro, laque igualmente disminuye con la expansin de lasparedes del taladro hasta alcanzar el valor de 1 atm(101,325 kPa) al ponerse en contacto con el aire libre,acorde a una curva como la siguiente:La presin de taladro en trminos generales equivaleentre el 30 y 70 % de la presin de detonacin.La densidad de carguo (dc) nos da la medida del gradode llenado. Cuando es perfecto sin dejar el menorespacio desocupado tenemos por definicin unadensidad de carguo igual a uno.En general, cuando un taladro se llena el 100% de suespacio con explosivo, la densidad de carguo es de100/100 = 1.Por ejemplo: al 92 % de espacio ocupado por explosivotenemos 92/100.dc = 0,92Nota: Para fines prcticos la presin de detonacin secalcula con cartuchos de 30 mm de dimetro, segnla frmula aproximada:PD = 0,25 x e x VOD2donde:e : densidad del explosivo.VOD : velocidad de detonacin, con 30 mmde dimetro.La presin en el taladro es de 100 mil a 200 milatmsferas.B. Calor de explosinEs el calor generado y liberado por el proceso dereaccin de un explosivo al ser activado.Cuando se produce una explosin a presin constanteejerciendo nicamente un trabajo de expansin ocompresin, la Primera Ley de la Termodinmicaestablece que:Qc = ((Uc + (P x V))donde:Qc : calor liberado por la explosin.Uc : energa interna del explosivo.P : presin.V : volumen.Como (Uc + PV) se refiere al calor contenido o entalpaHp, entonces puede escribirse:Qc = - HpAs el calor de explosin a presin constante es igualal cambio de entalpa y puede estimarseestablecindose el balance trmico de la reaccin,CAPITULO 114Esto como valor prctico, pero para referencias ms exactasse tendr en cuenta que el calor a presin constante notiene inters tcnico, pues el proceso de detonacin tienelugar a volumen constante. Para calcular este ltimo esnecesario incrementar el calor a presin constante con elconsumido en la expansin adibtica.Qmv = Qe + 0,58 x Npgdonde:Npg : nmero de moles de productosgaseosos.Y si en vez de calor desprendido por mol se requiere elcorrespondiente a un kilogramo de explosivo se tendr:Qkv = Qmv x 1 000 PMAs, en el ejemplo anterior resultar:Qmv = 229,8 + 11 x 0,58 = 236,18 kcal/molQkv = 236,18 x 1 000 = 928,74 kcal/kg 254,3Notas:- No se requiere calor para formacin de elementospuros como, N, C, H, o Al, por lo que tienen valor cero.- Si se libera calor durante la reaccin se dice quese tiene calor de formacin negativo (exotrmica);si se tiene que adicionar calor para producir lareaccin se dice que la composicin tiene calor deformacin positivo (endotrmica).Qe : calor total de explosin liberado.Qp : calor total de formacin de los productoscomponentes.Qr : calor total de formacin de los productosfinales resultantes.Por ejemplo, para el caso del ms simple agente devoladura, el ANFO convencional 94/6, podemoscalcular su calor de explosin utilizando los calores deformacin (kcal/mol) y pesos moleculares de suscomponentes, que se obtienen de tablas de manualesde fsica y qumica, como:El balance de reaccin del ANFO es:3NH4NO3 + 1CH2 CO2 + 7H2O + 3N2(explosivo) (productos de reaccin)Sustituyendo los valores del cuadro tenemos para elexplosivo (Qp):3(- 87,3) + (- 7) = - 268,9 kcalPara los productos de reaccin (Qr):(- 94,1) + 7(- 57,8) + 3(0) = - 498,7kcalLuego Qp - Qr = Qe; calor de explosin, que es:- 498,7 kcal - (- 286,9 kcal) = - 229,8 kcalEl peso molecular (PM) del explosivo segn los valoresde tabla es:PM = 3(80,1 g) + 1(14 g) = 254,3 gEl calor de explosin obtenido se divide entre el nmerode gramos de la mezcla para normalizar la reaccin aun gramo o unidad base de peso.Como usualmente se emplea el kilogramo comounidad, al multiplicar el resultado por 1 000 g/kgresulta:QKp = 229,8 kcal x 1 000 g/kg = 903,7 kcal/kg 254,3 gmultiplicando los calores de formacin de los productosfinales por el nmero de moles que se forma de cadauno, sumndolos para restar a continuacin el calorde formacin del explosivo.Hp(explosivo) = Hp(productos) - Hp(explosivo)O tambin dicho de otro modo:Qe = Qp Qrdonde:CAPTULO 1 Producto Calor de Formacin Peso molecular (kcal/mol) (g) Nitrato de amonio NH4NO3 -87,3 80,1 Petrleo diesel 2 CH2 -7,0 14,0 Dixido de carbono CO2 -94,1 44,0 Agua H20 -57,8 18,0 Nitrgeno N 0,0 14,015C. Volmen de explosinEs el volumen que ocupan los gases producidos porun kilogramo de explosivo en condiciones normales.El volumen o mol de la molcula-gramo de cualquiergas, en condiciones normales es 22,4 litros.Para el caso de la nitroglicerina, como ejemplo se tiene:4C3H5 3(NO3) 12CO2 + 10H2O + 6N2 + O2 (1) (2) (3) (4)La explosin de 1 mol de nitroglicerina genera:(12 + 10 + 6 + 1 = 29)29/4 = 7,25 g-mol de productos gaseosos a 0C y apresin atmosfrica, por lo que el volumen de explosinser:7,25 g-mol x 22,4 litro/g-mol = 162,4 litrosA una temperatura mayor el volumen de gases aumentade acuerdo con la Ley de Gay-Lussac; as, para elcaso anterior, considerando un incremento de 15C,se tendr.162,4 x 283 = 168,35 litros 273En la prctica, metales pulverizados como el aluminiose emplean para incrementar el calor de explosin,los que al elevar las temperaturas de reaccin elevanla presin de gases.D. Balance de oxgenoCon excepcin de la nitroglicerina y el nitrato deamonio, la mayora de los explosivos son deficientesen oxigeno, pues no tienen suficiente para poderconvertir cada tomo de carbono e hidrgeno presentesen la molcula explosiva en dixido de carbono y agua.Normalmente un explosivo no utiliza el oxgenoatmosfrico durante el proceso de detonacin, por locual el calor generado por la explosin de un productodeficiente en oxgeno es menor que el generado encondiciones de oxidacin completa. Este parmetro seconsidera en el captulo de propiedades de losexplosivos.E. Energa mnima disponibleEs la cantidad de trabajo que realizan los productosgaseosos de una explosin cuando la presinpermanece constante a 1 atm.En su forma ms simplificada, la ecuacin diferenciadapara el trabajo de expansin (We) a presin (P)constante, es:We = P x (V2 - V1)donde:We : trabajo de expansin.P : presin resistente (1 atm).V1 : volumen de explosivo.V2 : volumen de los gases de explosin.Como el volumen V1 es despreciable frente al de losgases producidos, la cantidad de trabajo disponibleviene dada por:We = P x V2Para el caso del ejemplo anterior de la nitroglicerina,al sustituir en la ecuacin tenemos:We = 1 atm x 168,35 litros = 168,35We = 1 x 168,35 x 10,23 = 1 722,21 kg x mEsta cantidad de trabajo se considera que es la mnimaenerga disponible.F. Temperatura de explosinEs la temperatura a la que llega el proceso de reaccinexplosiva.En el caso de cada producto en particular, se expresaen grados centgrados (C) o kcal/kg.Tiene importancia especial en el caso de minas de carbncon ambiente elevado de gris, donde una alta temperaturade explosin puede inflamarlo. Las altas temperaturas puedenser disminuidas aadiendo al explosivo productos depresoresde calor, como el cloruro de sodio.El clculo de temperaturas se basa en la frmula paratemperatura absoluta de cualquier combustin:Te = Qkv (mc x ce)donde:Qkv : calor total desprendido a volumen constante.mc : peso en kilogramos de cada uno de losproductos de la reaccin.ce : calores especficos a la temperatura Te.Ejemplo de temperaturas de explosin:ANFO Nitroglicerina pura2 800 K (2 527C) 4 700 K (4 427C)donde C = K 273.CAPTULO 116MECNICA DE ROTURA DE ROCASA. Proceso de fracturamientoLa fragmentacin de rocas por voladura comprende ala accin de un explosivo y a la consecuente respuestade la masa de roca circundante, involucrando factoresde tiempo, energa termodinmica, ondas de presin,mecnica de rocas y otros, en un rpido y complejomecanismo de interaccin.Este mecanismo an no est plenamente definido,existiendo varias teoras que tratan de explicarlo entrelas que mencionamos a:- Teora de reflexin (ondas de tensin reflejadasen una cara libre).- Teora de expansin de gases.- Teora de ruptura flexural (por expansin degases).- Teora de torque (torsin) o de cizallamiento.- Teora de craterizacin.- Teora de energa de los frentes de onda decompresin y tensin.- Teora de liberacin sbita de cargas.- Teora de nucleacin de fracturas en fallas ydiscontinuidades.Estas teoras se basan en criterios sobre distribucin deenerga, accin de fuerzas de compresin-tensin,reflexin de ondas de choque en la cara libre, efectosde corte y cizallamiento por movimiento torsional entretaladros, presin de gases sbitamente aplicados sobrela roca y liberacin de cargas, ruptura de material rgidopor flexin, integracin o nucleacin de microfracturasen fisuras y fallas, colisin de fragmentos en el aire yotros, sustentados basndose en especulaciones,investigaciones en laboratorios especializados y camposde pruebas, modelos fsicos y matemticos, pruebasexperimentales y de produccin controladas porfotografa de alta velocidad y monitoreo ssmico,pruebas con cargas subacuticas y otros.CAPTULO 117Algunas teoras se comprueban en ciertas condicionesde trabajo mientras que en otras condiciones noresponden, por lo que an no se consideranconcluyentes.Una explicacin sencilla, comnmente aceptada, queresume varios de los conceptos considerados en estasteoras, estima que el proceso ocurre en varias etapaso fases que se desarrollan casi simultneamente en untiempo extremadamente corto, de pocos milisegundos,durante el cual ocurre la completa detonacin de unacarga confinada, comprendiendo desde el inicio de lafragmentacin hasta el total desplazamiento delmaterial volado.Estas etapas son:a. Detonacin del explosivo y generacin de la ondade choque.b. Transferencia de la onda de choque a la masade la roca iniciando su agrietamiento.c. Generacin y expansin de gases a alta presiny temperatura que provocan el fracturamiento ymovimiento de la roca.d. Desplazamiento de la masa de roca trituradapara formar la pila de escombros o detritos.B. Descripcin del procesoInmediatamente despus de la detonacin, el efectode impacto de la onda de choque y de los gases enrpida expansin sobre la pared del taladro, setransfiere a la roca circundante, difundindose a travsde ella en forma de ondas o fuerzas de compresin,provocndole slo deformacin elstica, ya que lasrocas son muy resistentes a la compresin. Al llegarestas ondas a la cara libre en el frente de voladuracausan esfuerzos de tensin en la masa de roca, entrela cara libre y el taladro. Si la resistencia a tensin dela roca es excedida, sta se rompe en el rea de lalnea de menos resistencia (burden), en este caso lasondas reflejadas son ondas de tensin que retornan alpunto de origen creando fisuras y grietas de tensin apartir de los puntos y planos de debilidad naturalesexistentes, agrietndola profundamente (efecto decraquelacin).Casi simultneamente, el volumen de gases liberadosy en expansin penetra en las grietas inicialesamplindolas por accin de cua y creando otrasnuevas, con lo que se produce la fragmentacin efectivade la roca.Si la distancia entre el taladro y la cara libre estcorrectamente calculada la roca entre ambos puntosceder, luego los gases remanentes desplazanrpidamente la masa de material triturado haciaadelante, hasta perder su fuerza por enfriamiento ypor aumento de volumen de la cavidad formada en laroca, momento en que los fragmentos o detritos caeny se acumulan para formar la pila de escombros.En esta etapa se produce fragmentacin adicional porel impacto de los trozos de roca en el aire.La reaccin del explosivo en el taladro es muy rpida ysu trabajo efectivo se considera completado cuando elvolumen de la masa se ha expandido a 10 veces elvolumen original lo que requiere aproximadamente 5a 10 milisegundos.Normalmente el trabajo de fragmentacin es mseficiente en las rocas compactas y homogneas queen las naturalmente muy fisuradas, ya que en ellas losgases tendern a escapar por las fisuras disminuyendosu energa til.Tericamente la detonacin tiene un efecto deexpansin esfrica pero como normalmente losexplosivos se cargan en taladros o huecos cilndricos,la detonacin tiene expansin cilndrica donde, comoconsecuencia de la dilatacin del taladro en un entornorgido, se crea un proceso de fisuramiento radial,que da lugar a la formacin de planos de roturaverticales concordantes con el eje del taladro.La rotura de rocas requiere condiciones fundamentalescomo:a. Confinamiento del explosivo en el taladroPara lograr el mejor acoplamiento con la pared interiorque permita transferir la onda de choque a la roca.Explosivo suelto, presencia de vacos o desacoplamientodisminuyen enormemente este efecto.b. Cara libreEs indispensable para la formacin y retorno de lasondas de tensin reflejadas que provocan lafragmentacin. Si la cara libre es inadecuada lavoladura ser deficiente y si no hay cara libre las ondasde compresin viajarn libremente sin reflejarse,difundindose a la distancia slo como ondas ssmicas.c. Distancia del taladro a la cara libreTambin denominada lnea de menor resistencia oburden. Debe ser adecuada para cada dimetro detaladro. Si es muy larga la reflexin de ondas sermnima, e incluso nula y la fragmentacin se limitara la boca o collar del taladro como craterizacin.Si estas condiciones son adecuadas, el empuje de losgases sobre la masa de roca en trituracin provocaradems la formacin de planos de roturahorizontales, a partir de la cara libre como resultadode los esfuerzos de tensin producidos cuando la rocallega a su lmite de deformacin elstica y a ladeformacin convexa de la cara libre, donde se formangrietas de plegamiento, de las que nacen los planosde rotura horizontales mencionados. Este proceso sedenomina rotura flexural.CAPTULO 118En el momento de la flexin de la cara libre se produceadems cierta proporcin de rotura por descostre.El material triturado y proyectado se acumula formandola pila de escombros o detritos, que se extiende al piede la nueva cara libre, en una distancia mayor que ladel burden original, denominada desplazamiento ospelling, debindose considerar que el volumen delmaterial roto es mayor que el que termina in situ, loque se denomina esponjamiento. Este aspecto esimportante para calcular el volumen de roca atransportar con los equipos de acarreo y se estimabasndose en el factor de esponjamiento de losdiferentes tipos de rocas y a las dimensiones del corteefectuado con la voladura.d. Fisuramiento cilndrico radialUna carga explosiva puntual (relacin longitud/dimetro mximo: 6/1), es decir no mayor a 6 vecesel equivalente del dimetro del taladro, producegeneralmente una excavacin en forma de copa o decrter de limitada profundidad, mientras que un taladroconvencional (largo mayor de 6 dimetros) tieneexpansin cilndrica radial en toda su longitud.Teniendo en cuenta que la presin de gases en ladetonacin va entre 9 kbar a 275 kbar alcanzandotemperaturas entre 1 600C (de 3 000 a 7 000F), suefecto sobre la roca circundante a partir del eje deltaladro produce tericamente los siguientes grados dedestruccin:- A la distancia de un dimetro, pulverizacin.- A la distancia de 1 hasta 4 5 dimetros, fisurascada vez ms dbiles y abiertas correspondientesa la zona de fisuramiento radial, acompaadasde fragmentacin menuda y media a cada vezms gruesa.- Ms all de los 55 dimetros es la zona dedeformacin elstica, donde las vibraciones porimpacto se transforman en ondas ssmicas.- Esta distribucin de grados de destruccin yalcance mximo del proceso de la detonacin esimportante para calcular la distancia entre lostaladros de una voladura. Si es adecuada habrbuena fragmentacin por interaccin entre ellos;si es muy larga slo producir craterizacin en laboca, dejando fragmentos sobredimensionadosentre ellos, o lo que es peor, los taladros solamentesoplarn los gases sin producir roturaentre ellos.Si el cebo iniciador est ubicado al fondo del taladrocomo es usual, la expansin no ser cilndrica sino quetoma la forma de una gota, lo que complica lainterpretacin y el graficado del proceso.Estos conceptos, de rotura de roca se aplican a todotipo de taladro en superficie y subsuelo. Tambin debetenerse en cuenta las condiciones geolgicascircundantes para inferir los resultados. As por ejemplolas diaclasas o fisuras de otro tipo que sean paralelasal eje del taladro afectarn a la formacin de las fisurasradiales interceptndolas; por otro lado las de tipotransversal permitirn la fuga de gases disminuyendola energa e incluso afectando a otros taladros cercanos.La interpretacin grfica del proceso de fragmentacinse complica teniendo en cuenta la presencia de sistemasde fisuras principales y secundarios: paralelos,transversales y diagonales respecto al eje del taladro.CAPTULO 119CAPTULO 120CAPTULO 121CAPTULO 12223CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 2O 2O 2O 2O 22425n trminos generales los explosivos por su formade reaccin se clasifican en: explosivos qumicos yexplosivos nucleares.Los explosivos qumicos actan por procesos dereaccin qumica de detonacin producidos por efectode una onda de choque. Estn mayormente vinculadosa compuestos nitrados y son los de aplicacin comnen minera y construccin civil.Los nucleares estn vinculados a la desintegracin demateriales como uranio 235 y plutonio, proceso quedesprende inmensas cantidades de energa. Su empleoactual es en el campo militar y de investigacin.Aunque no se clasifican como explosivos, algunosproductos especiales actan como una explosin fsicasin detonacin previa, producida por la sbitaexpansin de gases inertes licuados como el CO2(cardox) por aplicacin de calor. Su empleo estlimitado a ambientes con alto nivel de gris en las minasde carbn, o donde no se puede emplear explosivosconvencionales.LOS EXPLOSIVOS QUMICOSLos explosivos qumicos se clasifican en dos grandesgrupos segn la velocidad de su onda de choque ovelocidad de reaccin.A. Explosivos rpidos o altos explosivos: de 2 500 a7 000 m/s.B. Explosivos lentos o deflagrantes: menos de 2 000m/sEn los explosivos de alta velocidad, usualmente tambinllamados detonantes la onda de choque essupersnica o de alto rgimen y autosostenida(constante) lo que garantiza la detonacin completade toda su masa, con un fuerte efecto de impactotriturador o brisante.Los deflagrantes comprenden a las plvoras,compuestos pirotcnicos y compuestos propulsores paraartillera y cohetera, casi sin ninguna aplicacin en laminera o ingeniera civil por lo que no se tratarn eneste manual. Slo cabe mencionar la plvora de minausada artesanalmente y para el ncleo de la mechade seguridad. Su onda de choque es subsnica (menosde 2 000 m/s) por lo que no llegan al estado dedetonacin siendo su explosin semejante a unacombustin violenta con muy limitado efecto triturador.Tambin el ANFO deficientemente iniciado slo llegaa deflagrar produciendo un efecto netamenteexpansivo.Los detonantes se dividen en primarios y secundarios,segn su aplicacin. Los primarios, por su alta energay sensibilidad, se emplean como iniciadores paradetonar a los secundarios. Entre ellos podemosmencionar a los compuestos para detonadores yreforzadores (pentrita, azida de plomo, fulminatos, etc.).Los secundarios son los que efectan el arranque yrotura de las rocas, son menos sensibles que losprimarios pero desarrollan mayor trabajo til, por loque tambin se les denomina como rompedores.Comprenden dos grupos: de uso civil (industriales) yexplosivos de uso militar.Los militares son ms brisantes, menos sensibles almaltrato, ms caros y ms estables ya que su vida til(shelf life) pasa de 20 aos, pero por su bajo volumende gases no tienen aplicacin prctica en voladura derocas en minera.EXPLOSIVOS INDUSTRIALES ROMPEDORESPara uso en obras civiles y en minera, se dividen endos categoras:A. Altos explosivos, sensibles al fulminante N 8.Los altos explosivos sensibles comprenden a:a. Dinamitas.b. Explosivos permisibles o de seguridad paraminera de carbn.c. Explosivos hidrogel y emulsin sensibilizados.d. Explosivos especiales.B. Agentes de voladura, no sensibles al fulminante N 8.Los agentes de voladura no sensibles comprenden dosgrupos:a. Agentes de voladura acuosos (water gels) son:1. Hidrogeles o slurries.2. Emulsiones.3. Agentes mixtos (emulsin/ANFO o ANFOspesados).b. Agentes de voladura NCN granulares, secos.ANFO y similares.A. Altos explosivos sensibles al fulminante N8a. DinamitasAltos explosivos mayormente compuestos por unelemento sensibilizador (nitroglicerina u otro sterestabilizado con nitrocelulosa), combinada con aditivosportadores de oxgeno (nitratos) y combustibles noexplosivos (harina de madera) ms algunos aditivospara corregir la higroscopicidad de los nitratos, todosen las proporciones adecuadas para mantener uncorrecto balance de oxgeno. En ellas todos suscomponentes trabajan contribuyendo energticamenteen la reaccin de detonacin.CAPITULO 2CLASIFICACIN DE LOS EXPLOSIVOSE26En las dinamitas modernas tambin denominadasgelatinas explosivas por su consistencia plstica, de fciluso y manipulacin, el porcentaje de nitroglicerina-nitrocelulosa se estima entre 30 y 35% correspondiendoel resto a los oxidantes y dems aditivos. Con menoresporcentajes las dinamitas resultan menos plsticas ymenos resistentes al agua, denominndosesemigelatinas y pulverulentas.An se fabrica en pequea escala y para casosespeciales la dinamita original de Nobel denominadaguhr dynamite compuesta solamente de nitroglicerina(nitroglicerina 92% - nitrocelulosa 8%) y un elementoabsorbente inerte como la diatomita (kieselguhr) quetiene balance de oxgeno nulo, as tambin la straightdynamite en la que la nitroglicerina se encuentramezclada con compuestos activos pero no explosivos(dopes); tambin de muy escaso uso en la poca actual.Las dinamitas con mayor contenido de nitroglicerina yaditivos proporcionan alto poder rompedor y buenaresistencia al agua, siendo tpicamentefragmentadoras o trituradoras. En el otro extremoquedan las de menor contenido de nitroglicerina ymayor proporcin de nitratos, por lo que tienen menorefecto brisante, pero mayor volumen y expansin degases mostrando mayor capacidad empujadora ovolteadora. Normalmente su capacidad de resistenciaal agua disminuye proporcionalmente al menorcontenido de nitroglicerina.Las principales ventajas de las dinamitas son:- Sensibles al fulminante N 6, 8 y otros iniciadorescomo el cordn detonante, directamente.- Potencias elevadas, gran efecto triturador.- Altas densidades, de 1,05 hasta 1,5 g/cm3.- Elevadas velocidades de detonacin, entre 3 500y 6 000 m/s.- Gran resistencia al agua y estabilidad qumica.- Insustituible en casos de trabajo en condicionesde alta presin hidrosttica, en condiciones dondeel efecto canal es muy crtico, donde se deseauna propagacin de taladro a taladro porsimpata, para trabajos en condiciones detemperaturas extremadamente bajas y otras msdonde los dems explosivos no garantizanrespuesta adecuada o eficiente.- Larga vida til en almacenaje adecuado (shelf life:ms de un ao).- Muy raras fallas por insensibilidad a la iniciacin.- Muy buena capacidad de transmisin de ladetonacin (simpata) para carguo espaciado.- Adaptables a casi toda condicin de voladuraexistente y gran facilidad de carguo aun entaladros de condiciones difciles como los de sobrecabeza.Desventajas:- Su sensibilidad a estmulos subsnicos con riesgode reaccin al impacto o calor extremo y otros.- Cefalea transitoria al inhalar su aroma o vapores(por la accin vaso dilatadora de la nitroglicerina,aunque sin efectos txicos).Su empleo est preferentemente dirigido a pequeosdimetros de taladro, en subterrneo, tneles, minas,canteras y obras viales.Normalmente se comercializan en cartuchos de papelparafinado, con dimetros desde 22 mm (7/8) hasta75 mm (3) y longitudes de 180 mm (7), 200 mm(8) y 340 mm (12), embalados en cajas de cartn de25 kg.Convencionalmente, de acuerdo al contenido denitroglicerina en proporcin a la mezcla inicial noexplosiva y a aspectos de aplicacin, las dinamitas seclasifican en:1. Gelatinas.2. Semigelatinas.3. Pulverulentas.4. Especiales.La produccin de EXSA S.A., cubre estos cuatro grupos,comprendiendo a la fecha los siguientes productos:1. GelatinasGelatina Especial 75, Gelatina Especial 90, GelignitaGelatina Especial 75, Gelatina Especial 90, GelignitaGelatina Especial 75, Gelatina Especial 90, GelignitaGelatina Especial 75, Gelatina Especial 90, GelignitaGelatina Especial 75, Gelatina Especial 90, Gelignitay Gelatina Explosiva Gelatina Explosiva Gelatina Explosiva Gelatina Explosiva Gelatina Explosiva (con densidades de 1,3 a 1,5 g/cm3 y velocidades de 5 000 a 6 500 m/s) deconsistencia plstica, elevado poder triturador pararocas duras y gran resistencia al agua para trabajossubacuticos.2. SemigelatinasSemexsa 45, Semexsa 60, Semexsa 65 y Semexsa 80Semexsa 45, Semexsa 60, Semexsa 65 y Semexsa 80Semexsa 45, Semexsa 60, Semexsa 65 y Semexsa 80Semexsa 45, Semexsa 60, Semexsa 65 y Semexsa 80Semexsa 45, Semexsa 60, Semexsa 65 y Semexsa 80(con densidades de 1,08 a 1,2 g/cm3 y velocidades de3 500 a 4 500 m/s), de consistencia granular opulverulenta, adecuada para rocas semiduras yhmedas.3. PulverulentasExadit 45 Exadit 45 Exadit 45 Exadit 45 Exadit 45 y Exadit 65 Exadit 65 Exadit 65 Exadit 65 Exadit 65 con densidades de 1,02 y 1,05g/cm3 y velocidades de 3 400 y 3 600 m/s), deconsistencia granular fina, adecuada para rocasfriables, blandas, en taladros secos.4. Dinamitas EspecialesExsacorteExsacorteExsacorteExsacorteExsacorte, Exsasplit Exsasplit Exsasplit Exsasplit Exsasplit para voladura controlada y GeoditGeoditGeoditGeoditGeoditpara ssmica.Las gelignitas y gelatinas tienen alta capacidad detrituracin y resistencia al agua, emplendose en rocasduras y en condiciones difciles. Las semigelatinas sonCAPTULO 227ampliamente usadas en rocas de condicionesintermedias; las pulverulentas en rocas relativamentesuaves y secas; y las especiales en trabajosdeterminados como el precorte y en exploracin paraprospeccin sismogrfica de hidrocarburos.La textura de las dinamitas vara segn su tipo; lasgelatinas son homogneas, de grano fino,relativamente ligosas al tacto, plsticas y moldeables.Las semigelatinas y ms an las pulverulentas sonmenos homogneas en su granulometra, menosplsticas, incluso al tacto se desgranan, no se adhierena la mano como las gelatinas. Todas son susceptiblesa la humedad ambiental, por lo que en almacenaje sedeben mantener en sus bolsas plsticas selladas.b. Explosivos permisibles o de seguridad paraminera de carbnEspecialmente preparados para uso de minas decarbn con ambiente inflamable, su principalcaracterstica es la baja temperatura de explosin, laque se obtiene con la adicin de componentes o aditivosinhibidores de llama, como algunos cloruros.En los de seguridad reforzada o de intercambio inicose consigue rebajar la temperatura de explosin coningredientes que al reaccionar en el momento de ladetonacin forman el inhibidor, con mayor poderrefrigerante.Por el tipo de carbn antractico predominante en lasminas del Per y por su relativa superficialidad, no sereporta significativa presencia de gris o de polvosinflamables, como ocurre por ejemplo en Europa,Sudfrica, India y Norteamrica, donde es forzado yobligatorio el empleo de explosivos permisibles.c. Explosivos acuosos1. Explosivos hidrogel (sensibles al fulminante)Los hidrogeles estn constituidos por una fase continua,que es una solucin acuosa de sales oxidantes saturadaa temperatura ambiente y gelificada por gomashidrosolubles; y por una fase dispersa de partculasslidas, gotitas lquidas, o ambas. En el caso de unlquido disperso, la composicin pertenecesimultneamente al grupo de las emulsiones de tipoaceite en agua.Cuando contienen una materia explosiva disuelta enagua, como el nitrato, de monometilamina omononitrato de etileno glicol, son calificados comoexplosivo hidrogel, sensible al fulminante (como ladinamita pero sin nitroglicerina-nitrocelulosa). Sutiempo de vida til (shelf life) es menor que el de lasdinamitas por su natural tendencia a la separacin defases o del incremento de su densidad por migracinde sus burbujas de gas.Estos explosivos son de textura fina, glutinosa y muyresistentes al agua. Por lo general se presentan encartuchos de polietileno de pequeo a medianodimetro. Se emplean en forma similar que lasdinamitas, aunque con algunas dificultades para elcarguo en taladros sobre cabeza. En esta lnea produceEXSA el LLLLLurigel 600 urigel 600 urigel 600 urigel 600 urigel 600 y L L L L Lurigel 800 urigel 800 urigel 800 urigel 800 urigel 800 en cartuchos deplstico o de papel parafinado, con dimetros de 25mm o ms.Tienen alta velocidad de detonacin (3 600 a 5 200m/s) y brisance, pero su simpata es ms susceptible afallas por causas externas que las de las dinamitas.Una limitacin comn a todos los hidrogeles es sudensidad de cartucho, que no debe ser mayor de 1,25g/cm3; de lo contrario pueden perder su capacidad dedetonar, lo que se debe tener en cuenta para no atacarlos cartuchos excesivamente para confinarlos en eltaladro.2. Emulsiones explosivas (sensibles al fulminante)Las emulsiones explosivas son de tipo inversado aguaen aceite, componindose de dos fases lquidas, unacontinua, bsicamente constituida por una mezcla dehidrocarburos y otra dispersa, que son microgotas deuna solucin acuosa de sales oxidantes, con el nitratode amonio como principal componente.Es importante en su fabricacin la eleccin del agentetenso activo emulsificador y la dispersin ultra fina dela solucin acuosa a temperaturas relativamente altas.Por su naturaleza aerfoba se hace necesario emplearmicroburbujas de aire en micro esferas de vidrio, comoregulador de densidad y de la sensibilidad al iniciador(eventualmente perlita o compuestos gasificantes).Entre las emulsiones sensibles o explosivos emulsin;EXSA fabrica la Semexsa-E 65 Semexsa-E 65 Semexsa-E 65 Semexsa-E 65 Semexsa-E 65 y Semexsa-E 80 Semexsa-E 80 Semexsa-E 80 Semexsa-E 80 Semexsa-E 80presentada en cartuchos de papel parafinado, depequeo dimetro (de 22 mm o ms) y el Exagel-E 65Exagel-E 65Exagel-E 65Exagel-E 65Exagel-E 65y Exagel-E 80Exagel-E 80Exagel-E 80Exagel-E 80Exagel-E 80 presentada en manga plstica especial,de pequeo a mediano dimetro (de 25 mm o ms).El aire contenido en las micro esferas al serviolentamente comprimido (adiabticamente) por lapresin de la onda de choque iniciadora, se inflama,produciendo un efecto denominado de puntos calientes(hot spots), que hacen detonar a la emulsin(equivaliendo a la nitroglicerina de las dinamitas).Sus ventajas son su alta velocidad y potencia, excelenteresistencia al agua, menor sensibilidad en manipuleoy el ser inodoras (no producen cefalea).Son pues ideales para taladros inundados y para rocadura, competente.CAPTULO 228Sus desventajas son el menor tiempo de vida til,normalmente seis meses segn tipo y su menorcapacidad de transmisin en condiciones adversas enel taladro, su sensibilidad al iniciador y su simpatason ms susceptibles a fallas que en las dinamitasespecialmente cuando ocurren sobre compresin,efecto canal, detritos en el taladro que aslan loscartuchos o cuando se inicia la columna con undetonador dbil.Sus densidades estn entre 1,13 y 1,19 g/cm3 y susvelocidades entre 4 800 y 5 200 m/s.d. Explosivos especialesSe involucra en este grupo a los productos fabricadospara un empleo particular, o para uso en condicionesambientales fuera de las normales. Su composicinbsica puede ser dinamita, hidrogeles, explosivosmoleculares como TNT, mezclas de nitrato de amonioy otros, presentados con envolturas o envasesadecuados para su funcin o aplicacin.Como ejemplo se puede mencionar al Geodit Geodit Geodit Geodit Geodit paraprospeccin ssmica, al ExsacorteExsacorteExsacorteExsacorteExsacorte y ExsasplitExsasplitExsasplitExsasplitExsasplit paravoladura controlada, a los slurry primer, a los boostero cebos reforzadores de TNT-pentolita colados, conosrompedores, cargas dirigidas y otros, con sus propiasespecificaciones.B. Agentes de voladura, no sensiblesal detonadora. Agentes de voladura acuosos (watergels)1. Hidrogeles o slurriesLos hidrogeles exentos de materia explosiva propia ensu composicin no reaccionan con el fulminante y secalifican como agentes de voladura hidrogel, slurrieso papillas explosivas, requiriendo de un ceboreforzado o primer-booster para arrancar a su rgimende detonacin de velocidad estable; de lo contrario,no arrancan o lo hacen a bajo rgimen con velocidadestransientes dando bajo rendimiento energtico, raznpor la que en un principio tambin se les denominabaexplosivos de seguridad. Tambin son conocidos comowater gels.Sus cualidades principales son: alta velocidad dedetonacin y alta densidad que les dan enorme poderrompedor y elevada resistencia al agua, por lo queresultan excelentes sustitutos del ANFO, para voladurade rocas tenaces y de taladros inundados, incluso conagua dinmica.Su aplicacin est dirigida mayormente a taladros demediano a gran dimetro en tajos abiertos, tanto comocarga de fondo reforzador para taladros muyconfinados y para nivelacin de pisos, o como cargacompleta para taladros con agua. Normalmente sesuministran en fundas o mangas plsticas.Su textura es homognea, viscosa, relativamente ligosa,lo que les permite contenerse adecuadamente entaladros altamente fisurados, sin prdidas por filtracin,lo que garantiza mantener el factor de carga calculado,y tambin permite cargarlos al taladro soltndolos sinsu funda o manga de polietileno. Su alta densidaddesplaza fcilmente al agua presente en los taladros.Por otro lado su viscosidad es incompatible para carguomecanizado por bombeo y para la mezcla con ANFO.EXSA produjo su ampliamente conocida yexperimentada lnea de Slurrex 40Slurrex 40Slurrex 40Slurrex 40Slurrex 40 y Slurrex 60Slurrex 60Slurrex 60Slurrex 60Slurrex 60encartuchada en mangas de 65 mm de dimetro oms, cuyas densidades son de 1,15 a 1,30 g/cm3, susvelocidades de 4 200 a 5 100 m/s y su presin dedetonacin de 58 a 82 kbar (ANFO: 45 kbar, tomadacomo patrn).2. EmulsionesEn forma similar, los agentes de voladura emulsincarecen de un elemento explosivo en su composicin(eventualmente se sensibilizan con micro esferas) porlo que tambin requieren ser detonadas con un ceboreforzador de alta presin de detonacin. Su aplicacintambin est dirigida a taladros de mediano a grandimetro en tajos abiertos, como carga de fondo dealta densidad o como carga de columna (total oespaciada) en taladros con agua, o perforados en rocamuy competente.A diferencia de los hidrogeles su viscosidad puede sergraduada desde una emulsin lquida similar a unaleche de magnesia hasta una viscosidad semejante auna margarina, lo que permite su carga al taladro,tanto en forma encartuchada como a granelmecanizada, por bombeo directo al fondo del mismopara desplazar al agua.Una ventaja importante es su facilidad de mezcla conel ANFO para formar ANFO Pesado.Por otro lado su vida til es menor que la de loshidrogeles.EXSA las presenta encartuchadas en mangas depolietileno-propileno (Slurrex-E 40, Slurrex-E 60Slurrex-E 40, Slurrex-E 60Slurrex-E 40, Slurrex-E 60Slurrex-E 40, Slurrex-E 60Slurrex-E 40, Slurrex-E 60 ySlurrex-E 80Slurrex-E 80Slurrex-E 80Slurrex-E 80Slurrex-E 80) y a granel, suministradas en camincisterna para entrega directa en la mina donde se cargamediante camiones mezcladores-bombeadores(Slurrex-EGSlurrex-EGSlurrex-EGSlurrex-EGSlurrex-EG), directamente como tal o mezclada conANFO para formar ANFO Pesado sensibilizado.Slurrex-MASlurrex-MASlurrex-MASlurrex-MASlurrex-MA es una emulsin oxidante inerte nodetonable para efectos de transporte hasta sersensibilizada en el lugar de aplicacin, para formarun agente de voladura ANFO pesado, o como emulsinnormal de alto nivel de energa.CAPTULO 2293. Agentes mixtos (emulsin/ANFO o ANFOspesados)Son mezclas de emulsin y ANFO en diferentesproporciones, que permiten:1. Bajar el costo y potencia de una emulsin pura,para voladura en rocas difciles, secas o hmedas.2. Darle resistencia al agua al ANFO, al saturar conemulsin los espacios libres entre los prills o perlasdel nitrato.Estos ANFOs pesados se pueden preparar en diferentesrelaciones de acuerdo a los requerimientos de lavoladura y la presencia de agua, entre 10% a 90% deemulsin y la diferencia ANFO, siendo los ratios msdifundidos 30-70, 50-50, 60-40 y 80-20.Normalmente las mezclas con menos de 50 % deemulsin no son resistentes al agua pero se incrementanotablemente la potencia del explosivo, y las mayoresde 50 % emulsin son progresivamente ms resistentesal agua.Se pueden comercializar encartuchados en mangas depolietileno o al granel, preparndolos in situ encamiones mezcladores-cargadores.EXSA los proporciona encartuchados en mangas depolietileno-polipropileno con la denominacin Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-APAPAPAPAP, en la relacin de mezcla que se requiera, ejemplo:Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-APAPAPAPAP 8080808080 y Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-Slurrex-AP 60AP 60AP 60AP 60AP 60 con densidades de 1,26y 1,28 g/cm3 y velocidades de 5 600 a 5 400 m/s.b. Agentes de voladura NCN granulares, secos,ANFO y similaresEn su generalidad se componen de nitrato de amoniosensibilizado por un agregado orgnico, lquido oslido generalmente no explosivo. El nitrato debe serperlado y suficientemente poroso para garantizar laabsorcin y retencin del agregado combustible.Estos poros actan como elementos sensibilizadoresen su detonacin.Son insensibles al detonador N 8 y requieren de uncebo enrgico para arrancar. Su velocidad dedetonacin es relativamente baja por lo que son pocobrisantes, pero la natural lentitud de su reaccin lespermite generar un buen volumen de gases, por loque son preferentemente expansores o empujadores.Su mayor limitacin es la nula resistencia al agua.Algunas mezclas de baja densidad, detonan en bajorgimen de velocidad y presin.El ejemplo ms tpico es el ANFO convencional (94,4%nitrato de amonio - 5,6% fuel oil N 2) con 2 500 a3 000 m/s de velocidad y 45 kbar de presin.En ocasiones se trata de mejorar las performances delANFO aadindole aluminio u otros aditivos,resultando por ejemplo el ANFO-AL, el SANFO y otros,que aun as tienen limitaciones en resistencia al agua.Su empleo a granel est dirigido mayoritariamente atajos abiertos, canteras, voladura de crter y voladurade calambucos, por desplome.Su empleo en subterrneo est limitado a frentesautorizados, aplicndose con cargadores neumticosportables. En tajo abierto suele emplearse camionescargadores con sistemas de gusanos (augers )articulados, que permiten verterlos directamente a lostaladros.EXSA comercializa sus agentes de voladura granularessecos bajo la denominacin comercial Examon-PExamon-PExamon-PExamon-PExamon-P yExamon-Examon-Examon-Examon-Examon-VVVVV, en sacos de polipropileno con bolsa interiorde polietileno, de 25 kg netos. Su densidad es de 0,85g/cm3, su velocidad de detonacin de 2 800 a 3 300m/s y su presin de detonacin de 50 y 60 kbar.Contienen aditivos antiestticos para el carguoneumtico.Los explosivos de uso industrial empleados en voladurade rocas actan con base en una reaccin fsico-qumica de combustin muy rpida que comprende atres elementos: oxidante, combustible y sensibilizador.El oxidante proporciona oxgeno al combustible paraarder y generar humo, vapor de agua, cenizas y caloren forma convencional y es el sensibilizador el que encierta forma acta como un incentivador para acelerarla reaccin al nivel de explosin, incrementandoenormemente la temperatura con lo que los humos ygases sobrecalentados tienden a expandirse casiinstantneamente para producir los efectos detrituracin y desplazamiento de la roca.Por tanto, los explosivos contienen estos tres elementos,clasificndose en cuatro grupos segn el tipo de ellos,como se indica en el cuadro de la parte inferior.Es interesante observar que el nitrato de amonio es eloxidante comn de los cuatro, en diferentes estados(en grnulos, molido o en solucin) combinndoseeventualmente con otros nitratos o sales, mientras queel sensibilizador puede ser un alto explosivo molecularcomo la nitroglicerina, un polvo metlico, aminas o elaire contenido en los poros de los grnulos de nitratoo en las microesferas de vidrio, que al ser comprimidoadiabticamente por la onda de choque del iniciadorse inflama y genera puntos calientes (hot spots) queproducen la detonacin del explosivo.CAPTULO 230Aparte de la composicin qumica, algunos otros factoresinfluyen en ciertos casos en el performance de los explosivos,como el tamao de las partculas oxidantes, siendo unpromedio usual el cuadro 1 (segn Bampfield y Morrey).Es tambin interesante para un criterio de seleccin,adems de la composicin y caractersticas, tener encuenta aspectos prcticos como el factor de eficienciao grado de aprovechamiento de la energa, como seaprecia en el cuadro 2.Todos los explosivos tiene su aplicacin especfica deacuerdo al tipo, condiciones, dimensin y motivo deuna voladura.Entran en consideracin las caractersticas de la roca,dimetros de perforacin, fragmentacin deseada,presencia de agua y otros para escoger al msadecuado y econmico para cada caso, entendindosecomo econmico no al ms barato, sino al que brindemayor rendimiento por unidad de roca voladaeficientemente (kg/m3).No son por tanto discriminatorios unos con respecto aotros, sino que llegan a complementarse tipos distintosen un mismo taladro, cuando es necesario. EXPLEXPLEXPLEXPLEXPLOSIVOSIVOSIVOSIVOSIVOS COMERCIALES - COMPONENTES PRINCIPOS COMERCIALES - COMPONENTES PRINCIPOS COMERCIALES - COMPONENTES PRINCIPOS COMERCIALES - COMPONENTES PRINCIPOS COMERCIALES - COMPONENTES PRINCIPALESALESALESALESALESTIPO OXIDANTES COMBUSTIBLES SENSIBILIZADORDINAMITAS Slidos Slidos LquidoNitrato de amonio Materias absorbentes, Nitroglicerina y otrosy otras sales pulpa de madera, celulosaANFO Y OTROS Slidos Slido/lquido AireNITROCARBONITRATOS Nitrato de amonio Petrleo diesel, carbn, Poros vacos de aire en losGRANULARES granulado y otros aceites prills de nitrato de amonioHIDROGELES SLURRY Slido/lquido Slido/lquido Slido/lquido(dispersin de aceite Nitrato de amonio y Petrleo, aluminio, Nitrato de mono-metilen agua) otras sales (soluciones sensibilizantes amina, mononitrato desalinas) orgnicos, gomas etileno glicol, aluminio en polvo y otros gasificantesEMULSIONES Lquido Lquido Gasificantes(dispersin de agua Soluciones Petrleo, aceites, Aire contenido enen aceite) de Nitrato de amonio emulsificantes, parafinas microesferas de vidrioy otras sales. y otros gasificantesEXPLOSIVO : TAMAO DE PARTICULA FORMA VELOCIDAD DE DETONACIN (mm) (m/s)ANFO : 2,0 Slido 3 200DINAMITA : 0,2 Slido 4 000SLURRY : 0,2 Slido/lquido 3 300EMULSIN : 0,001 Lquido 5 000 a 6 000 GRADO DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGIA DE DIVERSOS EXPLOSIVOS Explosivos moleculares (Nitroglicerina, Pentrita, TNT y otros) 95 a100% Emulsiones 90 a 95% ANFOs pesados bombeables (sobre 60% emulsin) 75 a 90% ANFOs pesados vaceables (bajo 50 60% emulsin) 65 a 85% Hidrogeles 55 a 70% ANFO 60 a 80% SANFO 50 a 70%CAPTULO 231CUADRO RESUMEN EXPLOSIVOS INDUSTRIALES ROMPEDORESALTOS AGENTES DE EXPLOSIVOSEXPLOSIVOS VOLADURA ESPECIALESTNT ANFO (PRILLS) SSMICOSGELATINAS (NG-NC) SLURRIES PARA VOLADURADINAMITAS EMULSIONES CONTROLADAHIDROGELES SENSIBILIZADOS HBRIDOS (MEZCLAS PERMISIBLES (CARBN)EMULSIONES SENSIBILIZADAS ANFO/EMULSIN O CARGAS DIRIGIDASANFOs PESADOS) BINARIOS LOX Y OTROS CLASIFICACIN PRCTICA: POR SU REGIMEN DE VELOCIDAD Deflagrantes o empujadoresDetonantes o trituradores POR SU SENSIBILIDAD AL INICIADO Sensibles al detonador o altos explosivosNo sensibles al detonador o Agentes de Voladura (requierenun Cebo o Primer) POR SU APLICACIN PRIMORDIAL De uso militarDe uso industrial (minera, construccin y usos especiales) CUADRO GENERAL DE EXPLOSIVOS(REFERENCIAL)MATERIALES EXPLOSIVOSALTOS EXPLOSIVOS MATERIALES PIROTCNICOS* Thermita PROPELANTES** Composiciones de retardo* Compuestos de ignicin* Plvora negraEXPLOSIVOS EXPLOSIVOS EXPLOSIVOSPRIMARIOS SECUNDARIOS TERCIARIOS SIMPLES COMPUESTOS* Azida de Plomo * Nitroglicerina INDUSTRIALES * Mono Nitrotolueno* Fulminato de Hg * Nitroglicol * Dinamitas * Nitrato de Amonio* Azida de Plata * Nitrometano * ANFO * Perclorato de Amonio* Estifnato de Plomo * RDX * Hidrogeles (Slurries)* Diamino-dinitrofenol * TNT * Emulsiones* Tetraceno * Plvoras* Otros * TATBMILITARES* TNT - TETRYL* RDX (Hexgeno)* PETN (Nitropenta)* Composicin B* Ciclotol - TorpexCAPTULO 232 *PROPELANTES: Mayormente para uso militar y en cohetera (combustibles) LQUIDOS SLIDOS Mono Compuestos De base De base De base Compuestos Propelantes simple doble triple Nitrometano HAN-DE-H2O NC NC-NG NC-NG-RDX NC-NG-RDX-AL-AP Hidraxina LH2-LOX TEMTN-HMX-AL-AP HAN LOX-FO RDX-HPTB-AL-AP RDX-CBAN-AL-AP AL-HTPB-APGRUPO OXIDANTE COMBUSTIBLE SENSIBILIZADORPRODUCTOS EXSA SENSIBLES AL DETONADOR1) Dinamitas: Nitrato de Amonio Materias absorbentes Esteres nitrados(molido) (Harina de madera y trigo, (Nitroglicerina/Nitroglicol)celulosa y otros)GelignitaGelatina especialSemexsaExaditExsacorteExsasplitGeodit2) Emulsiones: Nitrato de Amonio Hidrocarburos Aire (contenido en(solucin acuosa) (lquidos, slidos) microesferas de vidrio)Semexsa-EExagel-EPrimagel-EPlastex-E3) Hidrogel: Nitrato de Amonio Hidrocarburos Nitrato de Mono - Metil(solucin acuosa) (lquidos, sales orgnicas) Amina (burbujas de gasgoma Guar y otros generadas in situ por gassingqumico), Glicol, aluminio enLurigel polvoPRODUCTOS EXSA NO SENSIBLES AL DETONADOR1) Emulsiones: Nitrato de Amonio Hidrocarburos Aire(solucin acuosa) (lquidos) (contenido en microesferasde vidrio)Slurrex-ESlurrex-EG2) ANFO-Pesado: ANFO Emulsin matriz AireNitrato de Amonio Hidrocarburos (contenido en microesferasgranular (Anfo) y en (lquidos) de vidrio y en los poros delsolucin (emulsin) Nitrato de AmonioSlurrex-AP3) Hidrogeles: Nitrato de Amonio Hidrocarburos (lquidos, Burbujas de gas(solucin acuosa) sales de aminas) (generadas in-situ porgomas (cross linking) gassing qumico)Slurrex4) Agentes de voladuragranulados: Nitrato de Amonio Hidrocarburos (lquidos, Aire (contenido en los poros(granular) colorantes, antiestticos) del prill), aluminioExamon-PExamon-V5) Agente oxidante:Emulsin oxidante inerte Nitrato de Amonio Hidrocarburos(solucin acuosa) (lquidos) emulsificantesSlurrex-MA PRODUCTOS EXSA (GRUPOS GENERALES)CAPTULO 233CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 3O 3O 3O 3O 33435CARACTERSTICAS DE LOS EXPLOSIVOSD. Flujo (free flowing)Es la capacidad que muestra un explosivo granular secopara fluir libremente o deslizarse bajo su propio pesodesde su contenedor, transportarse libremente por lamanguera durante el carguo neumtico, y para llenarrpida, fcil y completamente un taladro de voladura.Es condicin importante de los explosivos noencartuchados diseados para carguo neumtico,como ExamonExamonExamonExamonExamon y ANFO. Depende fuertemente delcontenido de humedad del explosivo; con incrementosdel 0,5 al 1% la fluibilidad decae drsticamente.E. Tendencia a compactacinSe refiere a la facilidad que presentan algunosexplosivos para compactarse o convertirse en una masacoherente, con total prdida de su fluibilidad yadicionalmente considerable reduccin de sudetonabilidad. Esto ocurre frecuentemente con elNitrato de Amonio que en muchos casos requiere serrecubierto por algn agente antiaglomerante(anticaking), como diatomita o productos orgnicos(hidrocarburos).F. FriabilidadLos explosivos friables, al contrario de los plsticos,tienden a desmenuzarse o a pulverizarse cuando sonmanipulados excesivamente o transportadosneumticamente, contaminando la atmsfera conpartculas diminutas dispersas, dependiendo esto dela fragilidad de sus grnulos (prills).Esta caracterstica debe ser tomada en cuenta para eltransporte a gran distancia por malas carreteras, dondelos grnulos se pulverizan con el maltrato del viaje.Por lo contrario, la friabilidad es una cualidad enminerales y rocas, en las que representa la facilidadde fracturarse homognea y fcilmente. Una rocafriable es adecuada para voladura.G. HomogeneidadEn los explosivos acuosos y dinamitas se refiere a sutextura uniforme y en los pulverulentos a su grado depulverizacin, mientras que en los granulares sueltosesta propiedad se refiere a las especificaciones dedistribucin de sus granos por tamao, segn malla otamiz (tambin denominada composicingranulomtrica).Un agente de voladura demasiado fino tiende a llenarpor completo el taladro, mejorando el grado deacoplamiento y de compactacin, pero corriendo elriesgo de desensibilizarse.Generalmente ambas caractersticas se determinan poranlisis de malla utilizando un juego de tamices deCAPITULO 3S on las propiedades fsicas y qumicas que tienenrelacin directa con su condicin de estado. Unasdeterminan su aspecto y estado fsico, otras sufactibilidad de empleo con seguridad en determinadascondiciones de la roca y del medio ambiente.Finalmente otras determinan el rendimiento delexplosivo en su aplicacin en voladura; a estas ltimasse las conoce como propiedades de tiro.En conjunto deben garantizar la estabilidad delexplosivo en su manipuleo, transporte, almacenaje yuso, pero tambin eventualmente influyen en laocurrencia de algunos fenmenos inconvenientes comola segregacin, exudacin, desensibilizacin,endurecimiento y otros, que deben prevenirse.Con excepcin de la nitroglicerina y algn otrocompuesto lquido, los explosivos en su mayora sonslidos, algunos homogneos y compactos como elTNT colado, otros heterogneos y semislidos como ladinamita, llegando a granulares sueltos como ocurrecon la plvora y el ANFO.El color, aroma, textura, son muchas vecescaractersticas identificatorias de tipo y hasta de marca.En forma general mencionamos algunas propiedadesvinculadas al aspecto fsico y manipuleo:A. PlasticidadCapacidad que tiene un cuerpo para moldearse, bajola accin de una fuerza, tomar forma y mantenerladespus de retirarse dicha fuerza, como se observa enlas gelatinas y explosivos plsticos. Es contraria a laelasticidad y a la rigidez. La plasticidad disminuye conel tiempo o con el fro.B. ViscosidadConsistencia ligosa o glutinosa debida a la friccininterna de las molculas, causada por su resistencia afluir o cambiar inmediatamente de forma cuando seles somete a deformacin por presin, corte openetracin. Cuanto ms viscoso, ms lento el cambio.La viscosidad es propia de los aceites, emulsiones yslurries. Conforme ms viscosos son, se contienen mejoren los taladros fisurados, mientras que los acuosostienden a filtrarse por las grietas.C. FluidezCapacidad de fluir y desplazarse que corresponde alos cuerpos lquidos y gases, cuyas molculas tienenpoca adherencia entre s y toman la forma del depsitoque los contiene (ejemplo: nitroglicerina y nitroglicol).Viscosidad y fluidez son importantes en el carguomecanizado de productos acuosos a granel, como lasemulsiones.36aperturas cada vez ms pequeas para fraccionar lamuestra por tamaos, lo que se indica en porcentajesde malla (sieve size).G. PorosidadEs el radio del volumen de intersticios o huecoscontenidos en un material respecto a su propio volumeno masa. Es un factor importante en los grnulos o perlasdel Nitrato de Amonio para absorber al petrleo en lapreparacin de los nitrocarbonitratos como el ExamonExamonExamonExamonExamony el ANFO.CARACTERSTICAS PRCTICAS DE LOSEXPLOSIVOSA. Propiedades de tiroSon las propiedades fsicas que identifican a cadaexplosivo y que se emplean para seleccionar el msadecuado para una voladura determinada. Entre ellasmencionamos a las siguientes:- Potencia relativa.- Brisance o poder rompedor.- Densidad - densidad de carga.- Velocidad de detonacin.- Aptitud a la transmisin o simpata.- Sensitividad al iniciador.- Estabilidad.- Sensibilidad a factores externos (temperatura,impacto y otros).- Categora de humos.- Resistencia al agua.- Presin de detonacin.B. Potencia relativaEs la medida del contenido de energa del explosivoy del trabajo que puede efectuar. Se mide mediante laprueba Trauzl que determina la capacidad de expansinque produce la detonacin de 10 g de explosivodisparado dentro de una cavidad cilndrica (70 cm3)abierta en la parte superior de un molde cilndrico deplomo de dimensiones especficas.La expansin o deformacin de esta cavidad originadapor la detonacin del explosivo a medir, se comparacon la efectuada por una masa similar de gelatinaexplosiva de composicin 94:6, nitroglicerina-nitrocelulosa denominada blasting o gelatina explosivaque se considera como patrn, con un valor de 560 cm3(100%).El resultado se expresa en cm3 cuando se indica elincremento de volumen del agujero inicial, o enporcentaje cuando se compara con el patrn. As, unadeterminada dinamita tendr una fuerza de 60%cuando la expansin que provoca en el bloque deplomo es igual al 60% del volumen generado por ladetonacin de la gelatina explosiva. La potencia relativade los explosivos industriales vara entre 20 y 90 %.CAPTULO 337Existen diferentes formas de expresar la potencia deuna dinamita. En las antiguas straight dinamites losporcentajes indicaban directamente su contenido denitroglicerina. Los fabricantes norteamericanos prefierena menudo expresar una potencia relativa por volumen(bulk strength) en lugar de una potencia relativa por peso(weigth strength). En unos casos teniendo como patrn ala Gelatina Explosiva y en otras al ANFO convencional94:6 con valor de 100. EXSA clasifica sus dinamitas,hidrogeles y emulsiones no solamente de acuerdo asus potencias, sino al conjunto de las caractersticasque determinan sus rendimientos globales en voladura.Para medir la fuerza tambin se emplean los mtodosdel Mortero Balstico y del Pndulo Balstico, que midenla distancia a la que el explosivo desplaza a un bloquemetlico pesado, o la apertura angular que marca elbrazo del pndulo. Mtodos menos usados por ser pocoprcticos.Un mtodo peculiar aplicado en investigacin es elde cuantificacin de energa bajo el agua, queconsiste en efectuar pruebas de disparo con cargassimilares a las introducidas en los taladros,sumergidas pero suspendidas a determinadaprofundidad en un estanque de magni tudapreciable, evaluadas mediante un captador depresin sumergido a una distancia determinada dela carga explosiva. Con l se determina porseparado la energa vinculada a la onda de choque(energa de tensin, ET) y la energa de los gasesde detonacin (energa de burbuja, EB). Permitecomparar los rendimientos de explosivos similaresbajo las mismas condiciones de ensayo.CAPTULO 338C. Potencia (strength)El valor de la potencia definida por Langefors en sulibro The Modern Technique of Rock Blasting con eltrmino strength est dado por la relacin:S = 1 V 6 eo Vodonde:se : energa calculada del explosivo.eo : energa calculada de un explosivo dereferencia (patrn) Gelatina explosiva,blasting o ANFO en ciertos casos.V : volumen de gases del explosivo.Vo : volumen de gases de un explosivo dereferencia.Entonces, es un valor relativo cuya finalidad escomparar los explosivos entre ellos.D. Energa (calor de reaccin)Expresada en caloras por gramo de explosivo, secalcula a partir de la ecuacin de reaccin qumica,suponiendo principalmente la produccin de agua,nitrgeno, gas carbnico y almina en cuanto elexplosivo tuviera aluminio.Es un valor terico, el cual da una indicacin sobre elpotencial energtico de un explosivo, siendo claramenteentendido que slo una parte de este potencial sirvedurante la voladura; el resto se pierde.E. Volumen de gasesExpresado en litros de gas por kilo de explosivo, secalcula tambin a partir de la ecuacin de reaccinqumica.F. Brisance o poder rompedorEs el efecto demoledor o triturador que aplica elexplosivo sobre la roca para iniciar su rompimiento.Como factor dinmico de trabajo es consecuencia dela onda de choque y est vinculado a la densidad y ala velocidad de detonacin que muchas veces se utilizacomo base comparativa. Se determinaexperimentalmente mediante la prueba Hess, queexpresa en milmetros el aplastamiento que sufre unmolde de plomo cilndrico, de dimensionesdeterminadas por efecto de la explosin de 100 g deexplosivo que se dispara colocado sobre un disco deacero encima del bloque de plomo. se VCAPTULO 339Los valores obtenidos tambin se comparan con lagelatina explosiva como patrn, que produce alrededorde 25 mm de aplastamiento.Brisance es el efecto de impacto que tritura la roca yTrauzl el efecto de expansin y empuje del materialroto, para desplazarlo y formar la pila de escombros.Ambos se conjugan en la voladura.G. Prueba de HessSe efecta por el aplastamiento de un cilindro de plomode 65 mm de altura y 40 mm de dimetro mediante eldisparo de una masa de 100 gramos de explosivocolocada encima del cilindro. La diferencia entre sualtura original y la que obtiene despus delaplastamiento se mide en milmetros, siendo este valorel ndice de brisance o poder rompedor.Los valores obtenidos tambin se comparan con lagelatina explosiva como patrn, que produce alrededorde 25 mm de aplastamiento.Dos explosivos de diferente tipo pueden tener igualpotencia relativa por peso, como ejemplo la GelatinaGelatinaGelatinaGelatinaGelatinaEspecial 90Especial 90Especial 90Especial 90Especial 90 y la Semexsa 65Semexsa 65Semexsa 65Semexsa 65Semexsa 65 (75% para ambas), perose diferencian en su valor de Hess, 20 mm y 17 mmrespectivamente. Por tanto la gelatina es mstrituradora.Para ANFO y ANFO pesado, EXSA aplica el Macro-Hess, con bloques de 175 mm y cargas explosivas de1 kg.CAPTULO 340H. Velocidad de detonacinEs la velocidad a la que la onda de detonacin sepropaga a travs del explosivo, y por tanto es elparmetro que define el ritmo de liberacin de energa.Es tambin la velocidad con que viaja la onda a lolargo de una columna explosiva, sea al aire libre o enconfinamiento dentro de un taladro de voladura.Los factores que la afectan son: la densidad de la carga,el dimetro, el confinamiento, la iniciacin y elenvejecimiento.Se mide en forma prctica mediante la pruebaDAutriche que emplea un cordn detonante develocidad conocida, o mediante la apertura y cierrede un circuito elctrico controlado con un crongrafoelectrnico. EXSA emplea ambos mtodos.La lectura se expresa en metros por segundo o en piespor segundo, y para un mismo explosivo vara si es alaire libre o si es confinada, variando tambin condiferentes dimetros, por lo que las normasrecomiendan efectuar las medidas preferentemente encargas de 32 mm de dimetro (1) para uniformizarla comparacin entre varios explosivos, debindoseindicar el dimetro con el que se efectu la medicin.I. Prueba DAutricheSe basa en la determinacin de la velocidad dedetonacin de un explosivo mediante la medicin delespacio entre dos marcas, una de ellas fija que deja elpunto medio de un cordn detonante sobre una planchade plomo, traduciendo en espacio la diferencia detiempo de iniciacin de ambos extremos del cordn,cuyas ondas de choque convergen en un punto nocoincidente con el punto medio de longitud del cordn(marca fija).Es una prueba de control de rutina y para dirimenciascuando no se dispone de equipo electrnico, tienecarcter internacional.a. ElementosTubo de latn o zinc delgado (300 mm x 32 mmdimetro, aproximadamente) con 2 orificios espaciados100 mm (d), llenado con el explosivo a medir, cebadocon detonador. Tramo de 1 m de cordn detonante develocidad conocida (VOD) y plancha de plomo (250mm x 40 mm x 4 mm, aproximadamente) con unamarca (raya) en un extremo, para referencia.CAPTULO 341b. EnsambleEl cordn se inserta en los orificios del tubo cebado, ysu punto medio se hace coincidir con la marca de laplancha, asegurndolo fijamente.c. DesarrolloLa onda de choque generada por el detonador viajapor la columna de explosivo iniciando secuencialmenteal cordn en sus dos puntos de contacto, originandodos ondas (1 y 2) que viajan a lo largo del cordnhasta encontrarse en un punto (E) en la plancha, perosiempre pasndose de la marca ya que la onda 1comenz a viajar fracciones de segundo antes que laonda 2.d. ResultadoEl punto de encuentro de las ondas queda grabado enla plancha, midindose la distancia (a) entre ste y lamarca. Se aplica la siguiente relacin para determinarla velocidad del explosivo:VOD = Vc x d 2adonde:Vc : velocidad del cordn detonante.d : distancia entre orificios en el tubo (100mm).a : distancia entre la marca y el punto deencuentro de las ondas, en la plancha.La velocidad es ms alta cuanto ms corta resulte estadistancia (a). En los explosivos comercialesnormalmente est entre 2 500 a 5 500 m/s. Cuantoms alta es la velocidad de detonacin tambin mayores su efecto brisante, explosivo ms rpido, entonces,explosivo ms triturador.J. Mtodo electrnico(Electronic Probe Method)Similar al anterior pero con dos sensores en lugar delcordn, se basa en la medida del tiempo trascurridoentre la apertura y el cierre del flujo de corriente de uncircuito elctrico comprendido entre dos puntos decontacto (arranque y parada) que se encuentranconectados a un contador o cronmetro electrnico(time interval meter) como es, por ejemplo, elcrongrafo electrnico Explomet.Permite lectura o clculo directo de la velocidad delexplosivo por el tiempo que demora la onda dedetonacin para pasar entre dos contactos elctricos(sensores de arranque A y de parada B)introducidos en la masa del explosivo.Estos contactos estn conectados al contador pordos lneas cada uno. Cuando son alcanzados por laonda de detonacin que se desplaza en el explosivolas lneas se rompen iniciando y parando el conteo detiempo (cero y lectura final del contador, con decimales);es decir, calcula la velocidad del explosivo midiendola diferencia de tiempo de activacin de cada sensor.CAPTULO 342Existen otros mtodos en desarrollo, con sensores dealambre o de fibra ptica como el Electric ProbeMethod, para lectura directa de la velocidad dedetonacin de la carga en el propio taladro devoladura. As, el mtodo de alambre de resistenciacontinua o continuous resistence wire method, midela variacin de resistencia elctrica de un cable sondaaxial a la columna del explosivo conforme ste se vaacortando con el avance de la detonacin desde elfondo del taladro, mediante un equipo especialdenominado kodewmetro, conectado a unosciloscopio que mide la variacin de tensin(proporcional a la resistencia al mantener en el circuitouna intensidad de corriente constante) y a que laresistencia elctrica disminuye conforme se reduce lalongitud del cable sonda, determinndose la VOD apartir de la tensin a la cual es proporcional.Este mtodo permitir determinar la velocidad en lospropios taladros de voladura y se le conoce comomtodo del alambre de resistencia continua.CAPTULO 343Por ltimo, para trabajos de investigacin avanzadase emplean cmaras filmadoras de toma continua amuy alta velocidad, para captar imgenes del procesode detonacin en el mtodo denominado StreakCamera Method (para detectar fallas, gases o evaluarla fragmentacin).Como se indica anteriormente se debe tener presentelo siguiente:- Si la iniciacin no es lo suficientemente enrgica,el rgimen de detonacin comienza a unavelocidad baja.- Conforme aumentan la densidad de carga,dimetro y confinamiento, las velocidadesresultantes crecen significativamente.- El envejecimiento hace que la velocidad disminuyaal reducirse las burbujas de aire de la masa, queson generadoras de puntos calientes para ladetonacin.- El dimetro de carga influye sobre la velocidadde detonacin, como demostr en un cuadro develocidades tpicas por productos el Dr. Ash en1977.K. Simpata transmisin de la detonacin ofactor de autoexitacinAl ser detonado un cartucho, ste puede inducir ladetonacin de otro cartucho vecino por simpata. Enlas dinamitas sensibles esta transmisin de ladetonacin puede representar una distancia de muchoscentmetros. Una buena transmisin es la garanta parala completa detonacin de una columna explosiva.El mtodo para medir esta capacidad de detonacinpor simpata consiste en colocar alineados axialmentevarios cartuchos del mismo tipo y dimetro sobre unacapa de arena, espaciados entre s a diferentesdistancias. Detonando al primero se busca determinarla mxima distancia hasta la cual es transmitida ladetonacin de un cartucho a otro, lo que se denominagrado de simpata, que en la mayora de losexplosivos industriales est entre 2 a 8 veces sudimetro, segn el tipo.La transmisin puede ser directa o inversa deacuerdo a la ubicacin del detonador en la columna.Para obtener una transmisin directa el detonador sedebe colocar axialmente alineado y con su cargadirigida hacia la mayor longitud de la carga explosiva,que es lo que usualmente ocurre al colocar el cartuchocebo al fondo del taladro; mientras que al ubicarlodigamos al medio de la columna, slo tendremostransmisin directa por delante del cebo e inversa pordetrs.La transmisin indirecta (inversa) slo transmiteaproximadamente el 50% de la energa que da ladirecta.La capacidad de transmisin es importante paradeterminar las distancias entre cartuchos en los taladroscargados con espaciadores.A veces se emplea el trmino sensibilidad para latransmisin por simpata, pero es conveniente reservarlopara referirse a la sensibilidad a los agentes fsicos:calor, friccin, fuego, fro, etc.La capacidad de transmisin es tambin importantedesde el punto de vista de seguridad para prevenir laexplosin fortuita de explosivos a distancia por simpata(por ejemplo entre polvorines colindantes) debindosepor ello mantener las distancias mnimas de seguridadrecomendadas en las tablas oficiales para cadadeterminada cantidad de explosivo almacenada.CAPTULO 344L. Prueba de transmisin (gap sensitivity)El primer cartucho se prepara con un detonador N 6.Este cartucho inicial cebado se acomoda bien alprincipio del canal, asegurndolo para que no semueva; a continuacin se colocan los dems cartuchosubicndolos a distancias establecidas (ejemplo 8, 10,12, 14, 16 cm, etc.), bien alineados.Se dispara el conjunto debiendo volar todos loscartuchos. En caso de no ser as, la distancia anterior ala del cartucho que no salga ser considerada comoel lmite de capacidad de transmisin para esteexplosivo. Ejemplo: si el cartucho separado a 16 cmno sali, se considera que el lmite de simpata en estecaso es el anterior 14 cm. Por lo general la capacidadde transmisin disminuye con el envejecimiento delexplosivo.M. Sensitividad (sensibilidad al encendido ode accin controlada)Es la capacidad o aptitud que presenta todo explosivopara ser iniciado por un fulminante, un cebo o uncordn que se denomina mnimo primer.En la prctica es el peso del ms pequeo detonador(convencional, minibooster, primer reforzador, cordndetonante o carga de explosivo primario) capaz dellevar a cabo la detonacin completa de un cartucho ocarga de explosivo rompedor.Los explosivos deben ser suficientemente sensitivos paraser detonados por un iniciador adecuado. Estacapacidad vara segn el tipo de producto. As, porejemplo los fulminantes o detonadores se emplean parala mayora de dinamitas mientras que los agentes devoladura usualmente no arrancan con ellos, requiriendode un booster o multiplicador de mayor presin yvelocidad. La plvora, por otro lado, puede arrancarcon una simple chispa o llama, que provocar unrgimen de deflagracin, razn por la que se calificacomo altamente sensitiva.Los detonadores ms utilizados son los de nmero 6 y8. En muchas dinamitas se nota un incremento dergimen de detonacin al emplear el 8 en lugar del 6,por lo que se dice que tienen mayor sensitividad al N8. Por otro lado, pueden reaccionar slo con un bajorgimen de detonacin (hasta 2.500 m/s) si la cargainiciadora es insuficiente. Muchos de los detonadoresno elctricos de shock corresponden al N 12.Para la clasificacin de explosivos se emplea estapropiedad, agrupndolos en altos explosivos a lossensibles al detonador N 8, como los explosivoshidrogel y dinamitas y los non cap sensitives o nosensibles al detonador N 8, como son los agentes devoladura slurry, emulsin y granulares ANFOs.N. Dimetro crticoLas cargas explosivas cilndricas tienen un dimetroparticular por debajo del cual la onda de detonacinno se propaga, o slo lo hace con una velocidad muypor debajo a la de rgimen. A dicha dimensin se ladenomina dimetro crtico, la que por ejemplo enalgunos hidrogeles sensibles es del orden de 1 (2,54cm) y en slurries de 3 (7,5 cm) lo que es necesarioconocer previamente.Los principales factores que influyen en la determinacindel dimetro crtico son:- Tamao de las partculas.- Reactividad de sus componentes.- Densidad.- Confinamiento.Por su sensitividad y alto grado de transmisin, lasdinamitas aseguran siempre una correcta iniciacin conel detonador mnimo, siendo los nicos explosivoscapaces de asegurar la detonacin completa de lacolumna explosiva del taladro. Esta capacidad detransmisin de detonacin por simpata de las dinamitasno se ve afectada por cambios de presin en altura,fro, calor, golpes y tiempo de vida til o dealmacenamiento, como suele ocurrir en los explosivostipo emulsin o hidrogel.O. Resistencia al aguaEs la habilidad para resistir una prolongada exposicinal agua sin perder sus caractersticas, es decir sucapacidad para rechazar la penetracin del agua. Launidad de medida empleada es la de horas.Los explosivos de fase continua como las dinamitasplsticas, los slurries, las emulsiones o las cargasiniciadoras coladas (cast primers) son resistentes al aguadebido a que prcticamente no tienen poros a travsde los cuales podra filtrarse el agua. Por otro lado, laresistencia al agua en los explosivos granulares friablesse referir a la capacidad de sus grnulos de no dejarsedisolver por el agua, o de rechazar su penetracininternamente, mantenindose detonables an a pesarde ella.Esta propiedad vara de acuerdo a la composicin ygeneralmente est vinculada a la mayor proporcinde nitroglicerina y/o otros aditivos que contengan. As,en el grupo de dinamitas las ms resistentes son lasgelatinas, y entre los agentes de voladura los slurries yemulsiones.A pesar de que no existe una escala numricareconocida internacionalmente para calificar laresistencia al agua, sta generalmente se determinapor el tiempo en el que el explosivo puede quedarsumergido y despus del cual an puede ser detonadomanteniendo sus performances originales.CAPTULO 345Usualmente las escalas van de nula o mala, limitada,regular, buena, muy buena, sobresal iente aexcelente, con tiempos que pueden gradar desde 0a 1; 3; 5; 7 y ms de 15 horas.En la primera, el explosivo no tiene ningunaresistencia al agua, como es el caso del ANFO,mientras que la ultima garantiza exposicin superiora 12 horas.Es recomendable que existan varios mtodos deprueba para determinar la resistencia al agua, seaen reposo, en agua circulante o en agua bajo presin.Cada fabricante adopta uno de ellos o especificauno propio, lo que debe ser tomado en cuenta porel usuario, siguiendo las recomendaciones delfabricante. Segn esto, dos escalas expresadas parados explosivos similares de distintos fabricantes nonecesariamente tienen que ser iguales.Al seleccionar un producto debe tratar de evaluarseen las condiciones reales de trabajo en lugar decomparar valores de tablas que pueden no serequivalentes, tomando la escala slo comoreferencia.En el caso de explosivos especiales preparados parauso en taladros largos con agua a presin, como elGeoditGeoditGeoditGeoditGeodit, la resistencia al agua se expresa en elmnimo de horas de resistencia bajo una presindeterminada, ejemplo:mnimo 96 h a 10 kg/cm2 o tambin,mnimo 960 h a 2 kg/cm2La presin hidrosttica es puntual, no interesa eldimetro del taladro. En la prctica, para obtener elvalor de la presin en kg/m2 se multiplica el factor25,3993 por cada pulgada de agua de columna deltaladro.P. Categora de humosLa detonacin de todo explosivo comercial producepolvo, vapor de agua (H2O), xidos de nitrgeno(NO-NO2) xidos de carbono (CO-CO2) yeventualmente gases sulfurosos (H2S, SO3 y AlO2)sicontena azufre o aluminio. Entre los gases inocuosgenerados hay siempre cierto porcentaje deproductos irritantes txicos o letales llamados enconjunto humos, como el monxido de carbono yel bixido de nitrgeno. De acuerdo a la proporcincontenida de estos gases txicos se ha establecidoescalas de clasificacin por grado de toxicidad parala exposicin del personal trabajador despus deldisparo, teniendo como ejemplo a la siguiente delUSBM (Bur de Minas de USA):CATEGORA VOLUMEN DE GASES NOCIVOS(CO, NO2)1ra de 0 a 0,16 pie32da de 0,16 a 0,33 pie33ra de 0,33 a 0,67 pie3Cuya equivalencia mtrica segn el ISO es:CATEGORA VOLUMEN DE GASES NOCIVOS(CO, NO2)1ra de 0 a 4,53 dm32da de 4.53 a 9,34 dm33ra de 9,34 a 18,96 dm3Estas cifras se refieren a los gases producidos por eldisparo de ensayo de un cartucho de 1 x 8 (200 g)con su envoltura de papel, en la denominada cmarao bomba Bichel. Segn esta categorizacin del USBMaceptada por el Instituto de Fabricantes de Explosivos(EMI, ISEE) y otras instituciones, los explosivos deprimera categora pueden ser empleados en cualquierlabor subterrnea, los de segunda slo en las quegarantizan buena ventilacin, usualmente con tiroforzado, y los de tercera slo en superficie. Tal es elcaso que el empleo de ANFO y otros nitrocarbonatosgranulares en minera subterrnea requiere de unpermiso oficial del Ministerio de Energa y Minas.Por lo general, se considera que los explosivos de usocivil deben estar por debajo de los siguientes valores:CO : 0,02 %NO2 : 0,003 %Los agentes explosivos como el ANFO eventualmenteson ms txicos que las dinamitas y emulsiones, porquegeneran mayor proporcin de xidos de nitrgeno.Como referencia adicional, el Bur de Minas rusoestima que la toxicidad del NO2 puede ser hasta 6,5veces mayor que la del CO a una concentracin molardada, de acuerdo a la siguiente relacin referencial:Y = XCO + 6,5 XNO2En donde 6,5 es el factor de toxicidad relativa.Y, expresaun simple nmero que se refiere al total de gases txicosy donde XCO y XNO2 son volmenes especficos enlitros, dados por la concentracin de los gases en mg/litro, el peso de la carga y la presin de gas despusde la explosin, segn ello:XCO = a x 1 000 x 0,08 x V x P (litros) m x 100CAPTULO 346XNO2 = b x 1 000 x 0,053 x V x P (litros) m x 100donde:V : volumen libre obtenible en la atmsfera(volumen total-volumen de roca).P : presin de gas despus de la explosin.a y b : concentraciones en mg/litro de CO yNO2 respectivamente.m : masa.Segn el Instituto de Salud Ocupacional, los lmitespermisibles para exposicin normal de 8 horas enlabores subterrneas son:GAS VALORES PERMITIDOSMonxido de carbono (CO) 50 ppmDixido de nitrgeno (NO2) 5 ppmDixido de carbono (CO2) 0,5 %Los gases txicos no son permanentes en la nube dehumos y polvo formada por la explosin, sino que segeneran inicialmente en determinado volumen y semantienen como txicos durante un determinadotiempo, para despus disiparse hacindose inocuos,segn la disponibilidad de oxgeno libre en el ambiente,as CO pasa a CO2 y NO a NO2, menos letales.Es en este perodo de tiempo activo en el que setiene que evitar el contacto con el personal en laslabores subterrneas.La presencia de concentracin de estos gases ademsde su persistencia a permanecer en ambientesconfinados depende de varios factores:1. De la formulacin del explosivo y su balance deoxgeno en la detonacin.2. De una eficiente iniciacin con un cebo potente yadecuado para llegar a la detonacin lo msrpidamente posible.3. Del tipo y confinamiento de la labor, laboressubterrneas ciegas con ventilacin deficiente,labores ventiladas mediante chimeneas, ductos oextractores de aire y labores en superficie. De lascondiciones del frente de trabajo; tipo de roca,flujo mnimo de aire, humedad, vehculosmotorizados en trabajo, etc.En trminos generales, las condiciones ambientalestienen mayor incidencia en la permanencia de estosgases en las labores despus del disparo que lacomposicin propia del explosivo. La norma generalobligatoria debe ser la de permitir el reingreso delpersonal solamente cuando se tenga seguridad de quelos gases se hayan disipado. El tiempo necesario paraque esto ocurra tiene que ser establecido y controladoperidicamente por el Departamento de Seguridad dela mina o tnel con instrumental adecuado.CAPTULO 347Q. Balance de oxgenoExpresado en gramos de oxgeno por 100 g deexplosivo, se calcula a partir de la ecuacin de reaccinqumica.Es importante en la formulacin de la mezcla explosivapara asegurar una completa combustin con la mximapotencia y mnima produccin de gases txicos, siendonecesario controlar la proporcin de oxgenosuministrado a los componentes combustibles (aadirloo restarlo segn convenga) para que logren su mayornivel de oxidacin.En el clculo para explosivos a emplearse en trabajossubterrneos mal ventilados debe incluirse la envolturade papel o de plstico.El balance de oxgeno se expresa como porcentaje deexceso (+) o deficiencia (-) de oxgeno en la mezcla. Elmargen de seguridad de +2 a +5 como tope,buscando un promedio de +2 a +3 como ideal. Si esmayor a +5 el nitrgeno se oxidar formando NO yNO2 txicos, si es menor a +2 se formar CO,igualmente txico. Con un balance igual a cero seobtendr la mxima energa, pues todos losingredientes reaccionarn completamente.El balance de oxgeno de un explosivo es la sumaalgebraica de los balances de oxgeno de los variosingredientes que lo componen. Cada ingrediente seobtiene multiplicando su balance de oxgeno por elporcentaje de estas sustancias presentes en la mezcla.R. DensidadEs la relacin entre la masa y el volumen de un cuerpo,expresada en g/cm3. Prcticamente expresa la masaen gramos de una sustancia contenida en un volumende 1 cm3. En los explosivos tiene influencia determinantesobre la velocidad de detonacin y la sensibilidad.La densidad propia o de masa de los explosivos varaentre 0,8 a 1,6 g/cm3 en relacin con la unidad (aguaa 4C y 1 atm).Puede medirse con densmetro, picnmetro, balanzahidrosttica y otros instrumentos. Es la descrita en loscatlogos.Si un explosivo encartuchado posee una densidadmayor de 1 g/cm3, tender a hundirse en un taladrode voladura inundado, por lo contrario si la densidades menor que 1 g/cm3, tender a flotar (si en el aguaexisten grandes cantidades de slidos en suspensin osales disueltas y la inmersin ser lenta o difcil).Los explosivos tienen cada cual sus lmites superior einferior de densidad; cuando por cualquier raznqueden fuera de estos lmites se dice que su densidades crtica o de muerte, porque perdern suscaractersticas al momento de la detonacin, llegandoincluso a no reaccionar.En los agentes de voladura granulares la densidadpuede ser un factor crtico dentro del taladro, pues sies muy baja se vuelven sensibles al cordn detonanteaxial, que los comienza a iniciar en rgimen dedeflagracin antes que arranque el cebo o booster, ode lo contrario si es muy alta no detonan (es el caso deinsensibilidad por incremento de la densidad bajopresin).La densidad es un elemento importante para el clculode la cantidad de carga necesaria para una voladuray usualmente vara entre 0,75 g/cm3 y 1,0 g/cm3 enlos agentes de voladura granulares; entre 0,9 g/cm3 y1,2 g/cm3 en las dinamitas pulverulentas; y entre 1,2g/cm3 a 1,5 g/cm3 en las gelatinas, hidrogeles,emulsiones y explosivos primarios como el TNT.Generalmente, cuanto ms denso sea un explosivo,proporcionar mayor efecto de brisance o impacto,razn por la que en las columnas de carga combinadasse coloca al ms denso al fondo.Densidad de carga o efectivaEs la relacin entre la masa del explosivo dentro deltaladro y el volumen del taladro ocupado por esa masa,definida por la siguiente frmula:dc = (Q x 1,97)/(()2 x L)donde:dc : densidad de carga, en g/cm.Q : masa del explosivo en el taladro, enkg. : dimetro del taladro, en pulgadas.L : longitud de la carga, en m.Aplicada para calcular la cantidad de carga en el diseode voladuras.Ejemplo: Un explosivo de 2 de dimetro por 24 delongitud en cuya caja de 25 kg caben 11 cartuchos,tiene una densidad de masa de 1,45 g/cm3. Se cargaen un taladro de 3 de dimetro sin deformacin porsu rigidez, su densidad de carga ser:Q : 25/11 = 2,27 kg : 3L : 24 x 2,54/100 = 0,61 mentonces:dc = (2,27 x 1,97) / ((3)2 x 0,61) = 0,81 g/cm3Tambin definida como grado de confinamiento. Sepuede igualmente estimar mediante la siguientefrmula prctica:dc = 0,34 x e x (e)2CAPTULO 348donde:dc : densidad de carga (en lb/pie detaladro).0,34 : coeficiente para determinacin.e : dimetro de la columna explosiva enpulgadas (para carga a granel serefiere al dimetro del taladro, y paraencartuchados al del explosivo).e : gravedad especfica (densidad delexplosivo g/cm3).Y tambin se determina como concentracin lineal decarga q, en un taladro de dimetro y unadensidad e, se calcula a partir de:q (kg/m) = 7,854 x 10-4 x e x ()2,donde:e : densidad de explosivo, en g/cm3. : dimetro de carga, en mm.En la prctica, cuando se llena un taladro perfectamentesin dejar el menor espacio desocupado se tiene pordefinicin una densidad de carguo = 1. Cuando sellena slo a un X% de su espacio ocupando por ejemplo85%, la densidad de carguo es de X/100, en este casotendremos dc = 0,85.Por regla general, en el fondo de los taladros, que esdonde se necesita mayor concentracin de energa parael arranque de la roca, se utilizan explosivos ms densoscomo son las gelatinas, hidrogeles y emulsiones;mientras que en las cargas de columna se requierenexplosivos menos densos, como son los pulverulentosy los de base ANFO.CARACTERSTICAS QUE DETERMINANASPECTOS DE SEGURIDAD EN SU MANIPULEO,ALMACENAJE Y USOA. HigroscopaMientras que la resistencia al agua es la capacidadpropia de un explosivo para rechazar o retardar lapenetracin de agua, la higroscopicidad es la capacidado facilidad para absorber agua del medio ambiente yhumedecerse. As por ejemplo, el nitrato de amonio esaltamente higroscpico, mientras que la gelatinaexplosiva lo es muy poco. Depende de su composicinqumica y de las condiciones del medio ambiente.El papel parafinado de los cartuchos de dinamita losprotege de la humedad y relativamente del agua, porlo que se recomienda mantenerlos guardados en susbolsas de plstico selladas hasta el momento deutilizarlos, y no cortarlos al emplearlos en taladroshmedos.Los hidrogeles y emulsiones por naturaleza tienenelevada resistencia al agua, hacindose msimpermeables por sus fundas de polietileno. Puedencargarse sin funda en taladros con agua esttica, perose recomienda mantenerlos con funda en el caso deagua dinmica (surgente o circulante) para evitar quesu masa se lave o disgregue.No debe confundirse con el grado de humedad que serefiere al contenido de agua en un instantedeterminado, que ha sido introducida en la sustanciaexplosiva junto con sus dems componentes duranteel proceso de su formulacin, o adquiridaposteriormente.B. EstabilidadEl hecho de que un compuesto qumico est sujeto auna descomposicin muy rpida cuando es calentadoindica que hay inestabilidad en su estructura. Los gruposcomunes a los explosivos como nitratos, nitros, diazosy azidas estn instrnsecamente bajo tensin interna,el aumento de tensin por calor u otro estmulo puedeproducir ruptura sbita de sus molculas conduciendoa una reaccin explosiva.Debe distinguirse la estabilidad fsica, importante parael comportamiento del explosivo en el medio ambienteque lo rodea y para su propio manipuleo, de laestabilidad qumica, que es de primera importanciapara estimar el curso de una descomposicin que puedeocurrir en algunos componentes como losnitrocompuestos debido a deficiente purificacin,temperatura, humedad, etc. que puede llegar a serautocatalizada por los productos cidos de la mismareaccin y en ciertos casos llegar a producir ignicinespontnea.Los explosivos deben ser estables y no descomponerseen condiciones ambientales normales. La estabilidadse controla por medio de varias pruebas de corta ylarga duracin, siendo la ms empleada la Abel Test,que consiste en el calentamiento regulado de unamuestra del producto explosivo durante un tiempodeterminado a una temperatura especfica,observndose si se presenta algn cambio medianteuna tira de papel indicador, o el momento en el que seinicia su composicin. Como ejemplo, la nitroglicerinase ensaya en tubo de vidrio sumergido durante 20 30 minutos en aceite a 80 C.CAPTULO 349CAPTULO 350C. La degradacin o envejecimientoEl tiempo, la humedad y los cambios de temperaturaafectan a las propiedades fsicas y caractersticas detiro de los explosivos, reduciendo paulatinamente suvida til. (ejemplo: a los explosivos plsticos), cuyaestructura de gel cambia con el tiempo, disminuyendosu plasticidad y viscocidad por prdida de burbujas deaire de la masa, que son generadoras de puntoscalientes para la detonacin. Otros sufren degradacinpor endurecimiento o exudacin hasta el punto deinutilizarse.El almacenaje prolongado sin deterioro o prdida desus propiedades originales es un factor importante parala seleccin de explosivos. Se determina mediantepruebas de larga duracin en depsito denominadaslife test, las dinamitas, por ejemplo, tienen una vidatil (shelf life) mayor de un ao, mientras que para loshidrogeles y emulsiones en muchos casos no es mayorde seis meses.D. SensibilidadEs una medida de la facilidad con la que se puedeiniciar una reaccin explosiva fortuita o no prevista. Elque un explosivo sea ms o menos sensible dependede su composicin molecular, densidad, confinamiento,tratamiento recibido, tamao y distorsin de suscristales, incremento de temperatura y otros factores.Los explosivos son sensibles en mayor o menor gradoa diferentes factores externos, que pueden ocasionarsu disparo eventual o prematuro o, por lo contrario,desensibilizarlos. Entre ellos tenemos:- Al efecto mecnico (stress), como impacto yfriccin.- A la temperatura ambiente (calor y fro extremos).- A la chispa elctrica y no elctrica, al fuego.- A la humedad prolongada.- A la carga iniciadora (detonador o cebo), a lasbalas y otros medios.a. Sensibilidad al golpeMuchos explosivos pueden detonar fcilmente porefecto de impacto o friccin. Por seguridad esimportante conocer su grado de sensibilidad a estmulossubsnicos, especialmente durante su transporte ymanipuleo. Es pues la medida del impulso requeridopara iniciar una reaccin explosiva por impacto.Usualmente se determina la resistencia al golpemediante la prueba de sensibilidad del martillo deimpacto (kast), que consiste en colocar en un yunqueespecial una muestra de 0,1 g de explosivo sobre laque se deja caer un peso de acero de 1; 2; 5 de 10kg desde diferentes alturas, para observar si explota, ycon qu peso y altura de impacto reacciona.Como referencia aproximada del grado de sensibilidadcon pesa de 2 kg, el fulminato de mercurio detona conuna altura de cada de 1 a 2 cm, la nitroglicerina con4 a 5 cm, la dinamita con 15 a 30 cm, y los explosivosamonicales con cadas de 40 a 50 cm. Se expresa encm de altura de cada de la pesa a la que ocurre ladetonacin, o en Joules, indicando la energa de lapesa al caer sobre la muestra. Cuanto ms elevado elvalor ms, seguro el explosivo.La explosin por impacto probablemente ocurre por laformacin de zonas calientes dentro de la masa delexplosivo (hot spots), creyndose que stas resultan dela compresin adiabtica de pequeas burbujas deaire y por friccin entre los granos de material inerte ylos cristales explosivos, o por calentamiento viscoso deaquellos con rpida fluidez.La sensibilidad a la friccin se puede determinarfrotando o restregando una pequea cantidad deexplosivo en un mortero de porcelana sin vidriar. Lamuestra a ser ensayada se compara con otra muestrapatrn o estndar, efectundose el rasgado con unpistilo mvil mecnicamente sobre el plato deporcelana, con diversos pesos sobre el pistilo (MtodoJulius Peter). El frotamiento tambin se puede efectuarentre dos superficies de porcelana para ver restos decarbonizacin o deflagracin.b. Sensibilidad al calorLos explosivos al ser calentados gradualmente llegana una temperatura en que se descomponenrepentinamente con desprendimiento de llamas ysonido, que se denomina punto de ignicin. (En laplvora est entre 300 a 350C y en los explosivosindustriales entre 180 a 230C).Esta cualidad es diferente de la sensibilidad al fuego ollama abierta, que indica su facilidad de inflamacin.As, a pesar de su buen grado de sensibilidad al calor,la plvora es muy inflamable, explotando hasta conuna chispa (lo mismo ocurre con la nitrocelulosa y lagelatina explosiva).E. Resistencia a las bajas temperaturascongelacinCuando la temperatura ambiente est debajo de los8C las dinamitas de nitroglicerina tienden acongelarse, lo que se previene aadiendo a lanitroglicerina una cierta cantidad de nitroglicol, quehace bajar su punto crtico de congelacin a unos 20Cbajo cero.Con el fro extremo la dinamita se endurece pero nopierde sus propiedades de detonacin. Al contrario, lamayora de hidrogeles y emulsiones sensibles aldetonador suelen perder sus cualidades con el froextremo y no detonan.CAPTULO 351F. DesensibilizacinEs importante mencionar que en muchos explosivosindustriales ocurre que la sensibilidad disminuye alaumentar la densidad por encima de determinadovalor, especialmente en los agentes que no contienenun elemento sensibilizador como nitroglicerina, TNT uotros, pudiendo llegar al extremo de no detonar. Puedeser producida por:- Presiones hidrostticas, mayormente en taladrosprofundos.- Presiones dinmicas, presentndose tres casos entaladros de voladura:a. Desensibilizacin por cordn detonanteiniciadorDependiendo del dimetro de la carga, los cordonesdetonantes axiales de menor gramaje no llegan a iniciarcorrectamente a los hidrogeles ni a las emulsiones, eincluso pueden hacerlos insensibles a otros sistemasde cebado acoplados. En este caso un cordn dbillos iniciar slo en parte a lo largo del ncleo de lacolumna explosiva y, a lo ms crear un rgimen dedetonacin dbil.b. Desensibilizacin por efecto canalSi una columna de explosivo encartuchado se introduceen un taladro de mayor dimetro, la detonacin de lacarga avanza acompaada paralelamente por un flujode gases sobrecalentados que se expandenrpidamente por el espacio anular vaco,comprimiendo al aire y ste, a su vez, al explosivo, pordelante del frente de detonacin, creando un sbitoincremento de su densidad que ocasiona sudesensibilizacin. Esto paraliza el avance del procesode detonacin originando un tiro cortado.c. Desensibilizacin por presinEjercida por cargas adyacentes, que puedan ocurrirpor varios motivos en taladros relativamente cercanos:infiltracin de los gases de explosivos a travs de grietas;compresin de la carga por empuje del taco; por pasode la onda de choque generada por otras cargas quesalen fracciones de segundo antes; desviacin odeformacin lateral de los taladros que acercan a lascargas explosivas entre s, y otros fenmenos ms.Por lo general los hidrogeles y emulsionesencartuchadas en pequeos dimetros son mssusceptibles a estos fenmenos que las dinamitas.Las dinamitas estn mucho menos sujetas que losdems altos explosivos sensibilizados y que los agentesde voladura a fallas de iniciacin, fallas por transmisino simpata en el taladro, al fenmeno dedesensibilizacin por alta presin hidrosttica entaladros profundos, as como al efecto canal y los otrosmotivos mencionados, pero debe tenerse en cuenta quepueden llegar a detonar fortuitamente si reciben unfuerte impacto.CAPTULO 35253CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 4O 4O 4O 4O 45455CLASIFICACIN DE LAS ROCASDada la amplitud de los conceptos geolgicos, slocomo referencia se presenta una descripcin elementalde los tres grupos en los que se las ha clasificado, porsu origen y caractersticas:A. Rocas gneas.B. Rocas sedimentarias.C. Rocas metamrficas.A. Rocas gneasProceden del magma interior fundido, presentndosepreferentemente como intrusiones y lavas. Por su origeny textura se clasifican como:a. Intrusivas o plutnicasB. Extrusivas, efusivas o volcnicasc. Filonianas o hipoabisalesa. Rocas gneas intrusivasLas rocas intrusivas, se enfriaron lentamente aprofundidad, por lo que se presentan como grandescuerpos subyacentes (batolitos), muestran texturagranular gruesa, donde los cristales de sus mineralescomponentes presentan dimensiones aproximadamentesimilares entre s e intercrecimiento, por lo que tambinse las denomina rocas cristalinas. Ejemplo: granito,gabro, diorita.b. Rocas gneas extrusivasLas rocas extrusivas se enfriaron bruscamente a pocaprofundidad o en la superficie, por lo que no todos suscomponentes pudieron cristalizar simultneamente;ms bien, la mayora no tuvo tiempo de hacerlo,quedando como una matriz de grano fino que englobaa algunos cristales mayores dispersos (fenocristales),por lo que tambin se les denomina rocas porfirticaso prfidas. Algunas son muy densas (como el basalto)mientras que otras son ligeras como los tufosvolcnicos, e incluso porosas como la pmez.Normalmente se presentan como mantos o capas delavas y cenizas volcnicas. Ejemplo: basalto, andesita,riolita, tufo tipo sillar.c. Rocas gneas filonianasLas rocas filonianas, de textura granular fina eintermedia, densas y generalmente oscuras, sepresentan como diques e interestratificaciones porinyeccin en grietas o fallas preexistentes en rocas msantiguas. Ejemplo los diques de turmalina, depegmatita, lamprfidos y otros.Las rocas gneas en general, son densas, duras ycompetentes, Pero tienden a descomponerse por accindel intemperismo y otros procesos de alteracin quepaulatinamente las transforman en arcilla, caoln, slicey otros detritos. Su enfriamiento dio lugar a la formacinde sistemas de fisuras de contraccin (disyuncin) quemuchas veces son tpicos para cada tipo de roca (cbica,columnar, tubular, etc.) los que inciden directamenteen el resultado de las voladuras, mayormente con lapreformacin de bolonera.B. Rocas sedimentariasSe han formado por la desintegracin de rocaspreexistentes, cuyos detritos fueron transportados,acumulados y compactados en extensas cuencasmarinas durante muy largos perodos de tiempo.Tambin por la descomposicin y acumulacin devegetales y vida animal o por la precipitacin qumicay decantacin de soluciones minerales. La enormepresin soportada por su propio engrosamiento las haconsolidado en formas invariablemente estratificadaso bandeadas (litificacin o diagnesis), estratos omantos que posteriormente han sido intensamenteplegados y fallados por eventos tectnicos. Por tanto,aparte de los planos de separacin entre capas,muestran complejos sistemas de fisuras de tensin(diaclasas), que indudablemente tambin influyen enla mecnica de voladura.Las rocas sedimentarias no muestran cristales sinofragmentos irregulares o granos redondeados, detamaos y distribucin variables, con o sin cemento deligazn, siendo por tanto sus texturas desde fragmentalgruesa hasta muy fina y compactada:a. Las detrticas o clsticas se clasifican por eltamao de sus granos en:1. Gruesas (sefitas). Ejemplo: brechas,conglomerados, gravas.2. Medias (psamitas). Ejemplo: areniscagrauwaca, arcosas.3. Finas (pelitas). Ejemplo: pizarras, lutitas,arcillas, filitas.b. Las orgnicas y qumicas se clasifican por sucomposicin en:1. Calcreas. Ejemplo: calizas, travertinos,canchales.2. Silceas. Ejemplo: cuarcitas, silex, diatomita.3. Alumnicas. Ejemplo: laterita, bauxita.4. Ferruginosas. Ejemplo: limonita, taconita.5. Salinas. Ejemplo: yeso, anhidrita, gema.6. Carbonceas. Ejemplo: lignito, antracita.8. Fosfticas.C. Rocas metamrficasResultan de la transformacin profunda de rocas gneaso sedimentarias por calor, grandes presiones y cambiosqumicos debidos a fenmenos geolgicos de granmagnitud, como los de granitizacin.CAPITULO 4ROCAS GENERALIDADES Y CLASIFICACIN56Estas rocas permanecieron esencialmente slidas duranteel proceso de cambio, reteniendo algunas de suscaractersticas originales, por lo que suele decirse quehan sido recocidas (cuando el fenmeno esesencialmente trmico, a alta presin y sin cambios decomposicin, se denomina Metamorfismo Isoqumico,pero cuando adems se producen cambios decomposicin por migracin y sustitucin de materialesmediante procesos de alteracin, como los de silisificacin,propilizacin o cloritizacin, se denomina metasomtico).Como la composicin, textura y dureza son variablesan en un mismo yacimiento, su reconocimientoprctico se basa en aspectos fsicos notorios como laexfoliacin en lminas (pizarras, filitas, esquistos) ocomo el bandeamiento (gneiss) y tambin por el origende la roca madre (gneiss y micacita provenientes degranito; mrmol, proveniente de caliza; filitaprocedente de pizarras o lutitas; tambin son laserpentina, skarn y hornfel).SELECCIN DE ROCAS PARA VOLADURAPara propsitos de voladura las rocas suelen serclasificadas en dos grandes grupos:A. Rocas gneas y metamrficasSon usualmente las ms duras de perforar y difcilesde volar. Por su origen plutnico o volcnico estnasociadas a disturbios tectnicos que las hancontorsionado y fisurado, mostrando planos de clivajeno regulares y amplia variacin de su estructuragranular. Pueden calificarse bajo dos subdivisiones:a. La primera subdivisin cubre a las degranulometra fina y aquellas cuyas propiedadeselsticas tienden a absorber la onda de shockgenerada por la voladura antes que a quebrarse.Ejemplos: filitas, gneiss, micasquisos, hornfels.b. La segunda subdivisin cubre a las rocas degranulometra gruesa como el granito, diorita yalgunas cuarcitas silisificadas, algunas vecesdifciles de perforar y muy abrasivas por sucontenido de slice, pero que usualmente sefragmentan con facilidad en la voladura.B. Rocas sedimentariasEn estas rocas el espesor del bandeamiento vara deacuerdo al tiempo de acumulacin y la naturaleza deorigen. Cuanto ms masivas sean y cuanto ms definidoy amplio el bandeamiento, ms difciles son de volareficientemente. La perforabilidad depender ms desus propiedades abrasivas que de su misma dureza.Algunas areniscas y calizas pueden presentar problemasdifciles de voladura. En particular, las rocas de granogrueso con una matriz dbil requieren consideracionesespeciales porque en los disparos tienden ms acompactarse o abobedar antes que a romperseclaramente.CLASIFICACIN TIPO ASPECTO FSICO FAMILIAPOR SU ORIGENPlutnicas o Textura granular, gruesa Granitointrusivas Cristalizacin gruesa, a profundidad DioritaHipoabiasales Textura media Pegmatitaso filonianas Cristalizacin cerca a superficie Dikes variosGNEASVolcnicas o Textura fina Vtrea:efusivas Cristalizacin en superficie ObsidianaFelsticas:RiolitasLavas o derrames Porfdicas:AndesitasPiroclastos o cenizas Fragmentales:BrechasMecnicas Formadas por transporte y Areniscasdeposicin mecnica de detritos GravasQumicas: CalizasSEDIMENTARIAS Por solucin y deposicin oprecipitacin qumicaQumicas Orgnicas: Calizas yPor deposicin de restos orgnicos DiatomitasRegionales por GneissorognesisMETAMRFICASDe contacto o Trmico, Hidrotermal Mrmollocales (Accin de soluciones y calor)CAPTULO 457AGRUPAMUENTO DE ROCAS POR SUS GRANOS O MINERALES (TAMAO Y TEXTURA)I.- Rocas gneas (o volcnicas)Rocas Fanerocristalinas (plutnicas) Equivalente de grano fino o vidriado (efusivas)Granito RiolitaCuarzo monzonita Cuarzo latita Granodiorita RiodacitaTonolita DacitaGabro cuarcfero Basalto cuarcferoSienita TraquitaMonzonita LatitaDiorita AndesitaGabro BasaltoNefelina FonolitaII.- Rocas Sedimentarias SEDIMENTO ORIGINAL ROCA CONSOLIDADA EQUIVALENTE METAMRFICOGrava (ms de 2 mm) Conglomerado ConglomeradoArena (de 0,02 a 2 mm) de: * Cuarzo principalmente Arenisca Cuarcita * Cuarzo y feldespato Arkosa Arkosa * Fragmentos de rocas Grauwaka Grauwaka bsicasSilt (de 0,002 a 0,02 mm) * Laminar Arcilla esquistosa Filita, Esquisto, * Sin lminas Argilita GneissCeniza o polvo volcnico TobaSedimentos calcreos * Ca CO2 principalmente Caliza Mrmol * Dolomita principalmente Dolomita Mrmol dolomticoIII.- Rocas MetamrficasTEXTURAMINERALES Densa Granular Pizarrosa Filtica Esquistosa Gnssica* Cuarzo ---------- Cuarcita ------------ -------------- -------------- -----------------* Cuarzo y mica ---------- ---------- ------------ Esq. cuarcfero -------------- -----------------* Metamrficos de contacto Horn Feld ------------ -------------- -------------- -----------------* Clorita ------- ------- Pizarra Filita Esq. clortico -----------------* Mica ------- ------- Pizarra Filita Esq. micceo Gneiss Micceo* Mica con cuarzo y/o feldespato ------- ------- Pizarra Filita Esquisto Gneiss*Hornblenda ------- Anfibolita --------- -------------- Esq. de Gneiss dehornblenda hornblenda* Calcita Mrmol Mrmol --------- -------------- -------------- -----------------* Dolomita Mrmol Mrmol --------- -------------- -------------- -----------------* Silicato calcreo Skarn Skarn --------- -------------- -------------- Skarn* Serpentina --------- Serpentina --------- -------------- Serpentina -----------------CAPTULO 458CARACTERSTICAS DE LA ROCALas caractersticas geolgicas y mecnicas, ademsde las condiciones del estado de las rocas a dinamitar,determinarn realmente el tipo de explosivo quedeber emplearse para fracturarlas eficiente yeconmicamente. Por ello, es muy importante queadems de conocer las propiedades del explosivo setenga en cuenta el grado de afectacin que puedanpresentar algunos parmetros de la roca como:A . Densidad o peso especfico.B . Compacidad y porosidad.C . Humedad e inhibicin.D . Dureza y tenacidad.E . Frecuencia ssmica.F . Resistencia mecnica a la compresin y tensin.G . Grado de fisuramiento.H . Textura y estructura geolgica. Variabilidad.I . Coeficiente de expansin o esponjamiento.A. Densidad o peso especficoCaracterstica importante y resolutiva de las rocas yminerales inherente a su propia estructura molecular.Se define como la relacin entre la masa del materialy su volumen, siendo un factor ampliamente usadocomo indicador general de la mayor o menor dificultadque pueda encontrarse para romper a una roca, y enla prctica se relaciona con la macices y dureza, portanto con el grado de compacidad o porosidad.Como ningn slido suele encontrarse totalmentecompacto, todos poseen dos volmenes distintos; elvolumen aparente (Va) que incluye a sus poros, huecose intersticios, y el volumen real (Vr) o absoluto queexcluye a todos ellos; por tanto, segn el volumen quese considere, se tendr tambin dos tipos de densidad:Una aparente mVay otra real m Vrdonde:m : masa de la roca.La real es siempre mayor que la aparente y tambin sedenomina peso especfico. En las rocas muycompactas ambos valores pueden casi coincidirmientras que en las porosas la aparente se mantendrsiempre por debajo de la real.Como el volumen real de una roca puede ser imposiblede obtener se reduce una muestra a polvo fino (conpartculas menores de 2 mm de dimetro) y se comparacon el peso de un volumen igual de agua destilada a4C, cuya densidad es 1, emplendose paradeterminarla un pignmetro o un volumenmetro.Tratndose de rocas y materiales ptreos como elmrmol, la densidad se expresa en kg/m3.Como regla general las rocas densas para fracturarseadecuadamente requieren de explosivos de alta presinde detonacin, mientras que las menos densasrequieren de explosivos de menor rango. Sin embargo,algunas rocas relativamente densas y porosas parecenabsorber la energa de la explosin haciendo difcil sufracturacin DENSIDAD Y PESO ESPECFICO DE ALGUNAS ROCAS Y MINERALESd = Peso / Volumen, Base: agua destilada a 40 C = 1,00 (g/cm3.)Densidad Aparente: P/V aparente (con poros y cavidades includas)Densidad Real: P/V real (con el material molido)Mtodos usados: Pignmetro, balanza hidrosttica, lquidos pesados.Referencias: Dana, Klockman, Samso, Griffit.DENSIDAD APARENTE EN ROCAS EN kg/m3Arcilla 1.720 (Banco) Micasquisto 2.500 a 2.900Arenisca 2.200 a 2.480 Norita 2.700 a 3.000Arenisca gris 2.000 a 2.800 Nefelina sienita 2.500 a 2.700Arena seca 1.780 a 2.140 Olivino 3.100Andesita 2.220 a 2.790 Pizarra 2.700 a 2.800Anortita 2.600 a 2.900 Pumita (Pmez) 0.800Antracita 1.250 a 1.450 Porfirita 2.500 a 2.600Baritina 4.450 Prfidos varios 2.490 a 2.800CAPTULO 459 Basalto 2.770 a 3.280 Peridotita 3.100 a 3.300Brucita 2.300 a 2.400 Riolita 2.400 a 2.600Caliza 2.600 a 2.900 Rocas trapeanas 2.600 a 2.800Caliza ligera 1.800 a 2.790 Traquita 2.600Conglomerado 2.280 a 2.800 Tierra comn 1.540 a 2.000Cuarcita 2.400 a 2.650 Talco (banco) 2.600 a 2.800Diorita 2.700 a 2.950 Tufos 2.000 a 2.600Diabasa 2.820 a 3.100 Sienita 2.800Dolomita 2.800 a 2.900 Serpentina 2.600Dacita 2.460 Sal Gema 2.160 a 2.600Granito 2.639 a 2.750 Yeso 2.330 a 3.300Gabro 2.850 a 3.000 Mineral de hierro en bancoGrauwaca 2.500 Magnetita 5.000 a 5.200Gneiss 2.600 a 3.120 Hematita 4.500 a 5.300Gravas varias 1.840 a 2.000 Siderita 3.000 a 3.900Lutita 1.750 a 2.100 Pirita 4.500 a 4.900Lutita negra 2.400 a 2.800 Limonita 2.700 a 4.300Marga 1.500 a 2.000Mrmol 2.600 a 2.730Para clculos de voladura puede estimarse el promedio, aunque es preferible medirlo en cada casopara tener patrones estandarizados.PESO ESPECFICO DE ALGUNOS MINERALES (g/cm3)Apatito 3,16 a 3,22 Galena 7,4 a 7,6 Rejalgar 3,6Aragonito 2,95 Granate 3,2 a 4,2 Rodocrosita 3,5Anhidrita 2,8 a 3,0 Greenockita 4,9 Rutilo 4,2 a 4,3Azufre 2,0 Halita (Sal) 2,2 a 2,3 Topacio 3,52 a 3,57Augita 3,2 a 3,6 Espinela 3,5 a 4,1 Turmalina 2,9 a 3,2Blenda 3,9 a 4,2 Epdota 3,3 a 3,5 Tetrahedrita 4,6 a 5,1Barita 4,3 a 4,6 Estibina 4,6 Wolframita 7,2Bauxita 2,5 a 3,0 Energita 4,5 Yeso 2,31 a 2,34Bismutina 6,7 Hornblenda 3,1 aprox. Arsnico 5,7 (metal)Casiterita 6,8 a 7,1 Fluorita 3,15 a 3,20 Antimonio 6,7 "Calcopirita 4,1 a 4,3 Leucita 2,45 a 2,50 Bismuto 9,8 "Calcosina 5,75 Magnetita 5,0 a 5,2 Cobre 8,9 "Crisocola 2,1 Marcasita 4,8 a 4,9 Cadmio 8,6 "Calcita 2,72 Molibdenita 4,7 Fierro 7,84 "Cuarzo 2,05 a 3,53 Nefelina 2, 58 a 2,64 Molibdeno 9,0 "Corindn 3,9 a 4,2 palo 1,9 a 2,5 Mercurio 13,5 "Cerusita 6,55 Olivino 3,3 a 3,5 Tungsteno 17,0 "Cinabrio 8,1 Oligisto 4,9 a 5,1 Oro 19,3 "Diamante 3,50 a 3,53 Ortoza 2,55 a 2,8 Plata 10,5 "Dolomita 2,8 a 2,9 Pirita 4,9 a 5,1 Plomo 11,3 "Siderita 3,7 a 3,9 Plagioclasa 2,62 a 2,74 Zinc 7,2 "CAPTULO 460B. Compacidad y porosidadLa compacidad es la relacin de la densidad aparentea la densidad real:C = da = Vr ,dr Vacuyo valor se aproximar ms a la unidad cuanto msdensa sea la roca.La porosidad es la relacin del volumen total de loshuecos existentes en una roca a su volumen aparente.P = 1 C = 1 da = dr da = Va Vrdr dr VaAl aumentar la compacidad hacia 1,que es el valorlmite, la porosidad tender a cero. La porosidad seexpresa siempre en porcentaje del volumen aparentedel slido tomado como unidad, llamndosecoeficiente de porosidad a la siguiente expresin:(dr da) x 100 = % de porosidad, drque tambin se denomina absoluta porque consideraa todos los huecos existentes en la roca. Pero se debedistinguir entre los huecos inaccesibles o internos y loshuecos accesibles o externos. La diferencia de los dostipos es el volumen total de huecos (Va Vr). Segn seconsidere solamente los huecos accesibles o ladiferencia de ambos, se tendr dos clases de porosidad,una absoluta o real y otra aparente. El volumen deporos accesibles se expresa por la diferencia: Pe - Ps,donde Pe es el peso del material embebido en agua apeso constante y Ps es el peso del material desecado apeso constante. La porosidad aparente se obtienedividiendo esta diferencia por el volumen aparente.Pa = Pe PsVaC. Expansin o esponjamientoEs el aumento de volumen que se produce en el materialrocoso al excavarlo. Se expresa mediante porcentajede aumento sobre el volumen original en el banco,denominndose factor de conversin volumtrica oFCV a la relacin entre la densidad del material sueltoy la del material en el banco, expresndose enporcentaje:FCV = kg x m3 de material suelto kg x m3 de material en el bancoy luego: % de expansin, igual a:%E= 1D. Humedad e imbibicinTodos los materiales ptreos poseen cierta humedadnatural como resultado del contenido de agua retenidaen sus poros e intersticios. El grado de esta humedadpuede determinarse hallando la diferencia de pesoentre la roca tal como se presenta en su estado natural(ph) y el peso de la misma muestra despus desometerla a un proceso de desecacin.Grado de humedad = ph psdonde:ph : peso hmedops : peso secoSe denomina imbibicin a la capacidad de las rocaspara saturarse de agua, la misma que se determinamediante un recipiente de saturacin en el que se colocauna muestra seca a la que se agrega agua adeterminados intervalos de tiempo (hasta 1/3 de su alturaal inicio, luego hasta 2/3 a las 2 h y cubrindolatotalmente a las 20 h) para despus efectuar una seriede pesadas hasta llegar a encontrar entre ellasdiferencias menores a 0,1 g punto en el que se consideraque el material est embebido a peso constante.Normalmente la humedad natural de las rocas nopresenta mayor problema para el empleo de lamayora de los explosivos, pero si el nivel de saturacines alto ser necesario emplear explosivos con resistenciaal agua, como las gelatinas y los slurries. En muchoscasos el nivel de saturacin es incrementado por aguafretica que discurre a travs de las fisuras, diaclasaso planos de estratificacin de la roca la que deinmediato se acumula en los huecos que se perforanpara la voladura, lo que s obliga a emplear explosivosdel mayor nivel de resistencia al agua.La porosidad y la humedad influyen en el rango detransferencia de las ondas de detonacin de la voladura,por lo general amortigundolas, lo que deber tenerseen cuenta al momento de planificar el disparo.E. Dureza y tenacidadLa dureza y cohesin de las rocas y minerales dependende los enlaces entre molculas constituyentes. Engeneral la dureza aumenta con la densidad delempaquetamiento atmico y la disminucin del tamaode los iones.Tcnicamente por dureza se entiende a la resistenciaal corte y penetracin que presentan las rocas a laperforacin, pero en la prctica se ha hecho comnemplear el trmino para indicar su comportamientoen la voladura clasificndolas como: duras, intermediasy blandas. Es la tenacidad realmente la resistencia ala rotura, aplastamiento o doblamiento por lo quedeberamos procurar el empleo de los trminos de:tenaces, intermedias y friables para indicar sucomportamiento ante los explosivos.FCVCAPTULO 461De acuerdo a su tenacidad los minerales individualespueden ser: sectiles (yeso), maleables (plata), flexibles(talco), elsticos (mica) y frgiles, siendo tambinconocidas sus formas de fractura (plana, paralela,irregular, concoidal, etc.).Una escala de dureza muy conocida es la de Mohs queva de 1 a 10 y se basa en la facilidad de rayado de losminerales. Tambin se tiene varias clasificaciones derocas por su dureza relativa como la de Protodiakonov,que ayudan en la determinacin de las caractersticasdel material para su voladura.10.-DIAMANTE : Raya a cualquier material DIAMANTE Bort .......................... 42,4menos a otro diamante. Carbonado ............... 36,19.- CORINDN : (Esmeril) Raya a lamayor parte de minerales Carburo de Boro................................. 19,7menos al diamante.8.- TOPACIO7.- CUARZO : No se deja rayar por Siliciuro de carbono........................... 14,0la lima de acero.6.- FELDESPATO : (Ortoza) Raya los Corindn ............................................. 9,0cristales de ventana.5.- APATITO : Puede ser rayado por Topacio ................................... 8cortaplumas. Cuarzo .................................. 7 LIMAOrtoza ................................. 64.- FLUORITA CUCHILLO3.- CALCITA : Puede ser rayado por Apatito .............................. 5moneda de cobre. Fluorita ........................... 4 COBRECalcita ......................... 32.- YESO : Puede ser rayado por la ua. Yeso ........................... 2 UA1.- TALCO : Marca los tejidos. Talco ........................ 1 1,0 (Mohs) Resistencia al rayado Dureza relativa (Woodell)4.- Muy duras.- (prfidos, dikes) - Se sierran con carborundum3.- Duras.- (granito, gneiss) - Se sierran con esmeril y polvos2.- Medianas.- (caliza, mrmol) - Se sierran con acero y arenas1.- Blandas.- (travertino, tobas) - Se sierran con sierra de dientes comnESCALA DE DUREZA (MOHS) PARA ROCAS Y MINERALES TENACIDAD O COHESIN DE ROCAS Y MINERALES(Resistencia al aplastamiento, rotura, desgarre, flexin o doblado)1. ALTA: Elstica.- Puede doblarse pero vuelve a su forma original.Flexible.- (Inelstica). Se dobla, pero no recupera su forma.Dctil.- Suceptible a ser estirada como hilo.Sctil.- Puede cortarse en capas o lminas con la navaja.Maleable.- Se puede moldear con martillo en lminas delgadas.2. BAJA: Quebradiza o Friable.- Salta en fragmentos, fcil de pulverizar. (Las rocas casi en sutotalidad son friables; su grado de fragmentacin depende dela tenacidad y de los planos de debilidad estructural que pre-senten, fallas, fisuras, planos de clivaje, etc.). COEFICIENTES DE DUREZA, ABRASIN Y TENACIDAD AL GOLPE EN ROCAS VARIASTipo Dureza P.D.N (1) Abrasin (desgaste) (2) Tenacidad P.D.N. (3)GRANITO 95 7% 18,0 4,9 19%ROCAS VERDES 81 10% 20,0 6,5 17%CALIZA 27 22% 2,6 1,9 13%MRMOL 56 9% 7,5 2,7 17%ARENISCA 31 23% 1,5 1,8 9%PIZARRA 56 9% 3,3 3,7 17%1.- Altura de rebote de martillo con punta de diamante en cm con el escleroscopio de Shore P.D.N.porcentaje de desviacin normal EC = P/S en kg/cm2, donde EC es el esfuerzo.2.- Prdida de volumen en % de la muestra original por desgaste de molino de acero, a presin de 0,6kg/cm2 a 30 rpm ED=V1-V2/S... (ensayo de abrasin Deval, mquina Dorry).3.- Altura de cada de martillo patrn en cm hasta la rotura de la muestra, con probeta de roca de 1" dealtura por 1" de dimetro. PDN: Porcentaje de desviacin normal. El granito corresponde a d u r e -za 6 a 8 en la escala de Mohs.CAPTULO 462 CLASIFICACIN DE ROCAS POR SU DUREZA RELATIVA - ESCALA PROTODIAKONOVCOEFICIENTE PESO COEFICIENTECAT. GRADO DE DUREZA TIPO DE ROCADE VOLUMETRICO DE DUREZA t/m3 EXPANSINI Extremadamente duras, Cuarcitas y basaltos 20 2,8 a 3,0 2,2altamente tenaces muy duros y densosII Muy duras y tenaces Granitos muy duros 15 2,6 a 2,7 2,2frescos, prfidosIII Duras, tenaces Granito compacto y 10 2,5 a 2,6 2,2rocas granticas (cidas),calizas y areniscas muyduras, conglomeradoscementados, mineralesde hierro compactos,andesita, gneiss.IV Duras, con tenacidad Calizas duras, granito 8 2,5 2,0intermedia blando, areniscas duras,mrmol duro, dolomitasV Relativamente duras, Arenisca comn, 6 2,5 2,0intermedias minerales de hierro.Esquistos arcillosos yarenceos, pirita, filitaVI Dureza media, tenaci- Esquisto arcilloso duro, 4 2,8 2,0dad intermedia y baja arenisca dura, calcita,conglomerado blando.VII Semiduras, intermedias Diferentes tipos de es- 3 2,5 1,8a friables quistos no duros, calizaVIII Blandas, Friables Arcilla compacta, hulla 1 1,8 1,3 a 1,4Terrosas, Sueltas Grava, arena suelos, 0,8Loes (acarreo aluvial), 0,5turbaIX Movedizas Detritos, suelos aguados 0,3CLASIFICACIN GENERALIZADA DE ROCAS PARA VOLADURATENACES INTERMEDIAS FRIABLESGneiss Riolita Rocas alteradas variasGranito - gabro Andesita SerpentinaAplita Dacita Yeso - anhidritaSienita - monzonita Traquita Pizarra - filitaDiorita - granodiorita Fonolita Lutita - arcilla compactaBasalto - dolerita Obsidiana (vidrio volcnico) Conglomerado y brecha noNorita Toba y brecha volcnica cementadaCaliza silificada Arenisca cementada Carbn - antracitaCuarcita - chert Pizarra metamrfica MargaHematita silcea - hornfeld Caliza - dolomita Caliza ligeraMinerales de hierro densos Mrmol - baritina Travertino(magnetita- pirrotita) Conglomerado cementado AreniscaAndesita - dacita frescas Prfido de cobre Pmez - tufitaPrfidos duros: dikes y Minerales de Cu, Pb, Zn, Sn. Minerales de hierro:lamprfidos duros: dikes y Minerales de hierro Limonita - ocrelamprfidos densos (Marcasita - siderita - hematita - pirita AntracitaCuarzo con oro - wolframio martita) Suelos compactosEl grado de alteracin (meteorismo), la presencia y orientacin de planos de debilidad (fisuras, clivaje,fallas, etc.) y los cambios fsico-qumicos producidos por metasomatismo, silicificacin, etc., producencambios en la resistencia de las rocas, lo que se debera tener en cuenta para su clasificacin paravoladura y uso en obras de construccin.CAPTULO 463GRADO DE DUREZA - SU INFLUENCIA EN LA PERFORABILIDAD DE LAS ROCASRELACIN ENTRE LA DUREZA DE LA ROCA, EL TIPO Y VELOCIDAD DE PERFORACINRoca o mineral Tipo de Dureza Mohs Se raya con: Velocidad deperforadora perforacinDiamante 10,0 DiamanteCarborundo 9,5 "Zafiro 9,0 "Crisoberilo 8,5 " LentaTopacio 8,0 "Zirconio 7,5 "Cuarcita 7,0 "Chert 6,5 Cuarzo Lenta/mediaRoca trapeana De percusin 6,0 "Magnetita 5,5 VidrioEsquisto 5,0 Navaja MediaApatito 4,5 "Granito 4,0 "Dolomita 3,5 " Media/rpidaCaliza Rotatoria 3,0 Moneda (cobre)Galena 2,5 "Potasio 2,0 UaYeso 1,5 " RpidaTalco 1,0 "La dureza de la roca, su grado de abrasividad (contenido mineral) y su estructura afectan de distintamanera a la decisin sobre la tcnica de perforacin a utilizar. Percusin simple:percusin/rotacin; rotacin con trituracin; rotacin con corte por rayado (botones o diamantes) etc. yde las correspondientes brocas a emplear (de bisel, en cruz, tricnica, diamantina, etc.)EXCAVACIONES Y CANTERAS PARA MATERIAL DE CONSTRUCCIN Y OBRAS DE MOVIMIENTODE TIERRAS EN GENERALEXPANSIN (ESPONJAMIENTO) Y FACTOR DE CONVERSIN VOLUMTRICA DE ROCAS DECONSTRUCCIN:MATERIAL Densidad Porcentaje Factor Densidad enen banco de expansin volumtrico Material suelto ( kg/m3 ) ( % ) ( kg / m3 )Arcilla en banco 1.720 40 0,72 1.250Arcilla y grava seca 1.780 40 0,72 1.300Arcilla y grava hmeda 2.200 40 0,72 1.600Carbn y veta 1.280 a 1.450 35 0,74 0.950 a 1.070Tierra comn y marga 1.540 25 0,80 1.250Tierra comn hmeda 2.000 25 0,80 1.600Grava (6 a 51 mm) seca 1.840 12 0,89 1.660Grava (6 a 51 mm) hmeda 2.000 12 0,89 1.660Yeso slido 3.000 74 0,57 1.780Mineral de hierro 1.850 a 3.480 33 0,75 2.140 a 2.610Piedra caliza 2.790 67 0,60 1.600Arena seca suelta 1.780 12 0,89 1.600Arena hmeda compacta 2.140 12 0,89 1.900Arenisca dinamitada 2.430 54 0,65 1.600Basaltos, traquitas 3.080 65 0,61 1.900La expansin es el aumento de volumen que se produce en el material al excavarlo.Se expresa mediante porcentaje de aumento sobre el volumen original en el banco.Factor de conversin volumtrica, relacin entre la densidad del material suelto y en el bancoFCV = kg. x m3 de material suelto % de expansin = 1 x 100 kg. x m3 de material en banco FCVCAPTULO 464El trmino cohesin se emplea bastante para describirel grado y forma de amarre de los granos en las rocassedimentarias, que es tambin un ndice de sutenacidad o resistencia a la fractura. En estos casosse tendr rocas tenaces, elsticas, friables y andisgregables.Las propiedades de resistencia a la traccin ycompresin se usan a veces para clasificar las rocasen cuanto a su facilidad de rompimiento con explosivos.Una caracterstica comn de las rocas y decisiva parael proceso de fragmentacin es su alto porcentaje deresistencia a la compresin versus su baja resistencia ala traccin (tensin), que va de 10 a 100.Teniendo en cuenta que la mayora de las rocas sonmuy dbiles en tensin y en vista que ella mide lasusceptibilidad a las fallas o fracturas de traccin porfatiga debido a las ondas de reflejo (como se comental hablar de mecnica de voladura), la relacin entrela resistencia a la traccin y compresin ha sido definidacomo el coeficiente de volatibilidad.CAPTULO 465Se dice que un material es elstico cuando tiende avolver a su forma original despus de haber sidosometido a una deformacin por aplicacin de algntipo de esfuerzo. Algunas rocas se comportan de talmanera aunque sin llegar a ser realmente elsticas,pero si son difciles de fracturar adecuadamentetendiendo ms bien a apelmazarse, como es el casodel Yeso o la Sal gema cuando son dinamitados.F. Frecuencia ssmica de la rocaLa velocidad con la que se propagan las ondas detensin en las rocas es muy importante, primero porqueafecta a la distribucin y al tiempo de aplicacin delos esfuerzos de tensin impuestos sobre la roca por ladetonacin del explosivo, y segundo porque es unamedida de su capacidad elstica, dando una idea desu capacidad de resistencia o tenacidad (durezacomnmente). Luego tambin de s es necesario o noemplear explosivos de alta velocidad para fracturarla.El producto de velocidad y densidad es un parmetrotil de la roca para canalizar la transferencia de energade la onda de detonacin en el explosivo hasta la ondade tensin de la roca. Puede decirse que para romperadecuadamente una roca de alta frecuencia ssmicase deber emplear un explosivo tambin de altavelocidad de detonacin.El grado de alteracin de una roca o su variablecontenido de humedad afectan a la velocidad depropagacin de las ondas, siendo normalmente msaltas cuando la roca est fresca y compacta comopuede verse en el cuadro de velocidades ssmicas quese adjuntan.Tambin puede observarse la influencia de la relacinde velocidad y densidad en el proceso de detonacin,teniendo en cuenta que la presin de detonacin ofuerza aplicada por el explosivo sobre las paredes deltaladro de voladura, es igual al cuadrado de suvelocidad de detonacin por su densidad:PD = (VOD)2 x e, en kbarB.- COEFICIENTES DE ROTURA A LA TENSIN, EN psiGranito duro 1.298 Granito comn 888 Grauwaca 700Anhidrita dura 1.220 Granito dbil 422 Anhidrita 800 (dbil)Caliza dura 890 Arenisca dura 583 Mrmol 860Caliza comn 480 Arenisca dbil 280 Roca verde 380Caliza dbil 280 Arenisca comn 412 Sal Gema 400Marga480 (potsica)(calcrea) FRECUENCIAS SSMICAS DE ALGUNAS ROCAS Ondas ssmicas longitudinales Velocidad de propagacin en las rocas (m/seg)Capa meteorizada 300 a 900Aluviones modernos 350 a 1.500Arcillas 1.000 a 2.000Margas 1.400 a 4.500Conglomerados 2.500 a 5.000Calizas 4.000 a 6.000Dolomitas 5.000 a 6.000Sal 4.500 a 6.500Yeso 3.000 a 44.000Anhidrita 3.000 a 6.000Gneiss 3.100 a 5.400Cuarcitas 5.100 a 6.100Granitos 4.000 a 6.000Gabros 6.700 a 7.300Dunitas 7.900 a 8.400Diabasas 5.800 a 7.100Fuente: C. Figueroa: Tratado de Geofsica Aplicada.CAPTULO 466G. VariabilidadLas rocas no son homogneas ni isotrpicas; una mismaformacin rocosa de aspecto homogneo vara en susrasgos identificables de microestructura, campos de fatiga,contenidos de agua y otros parmetros, variando sucomportamiento en voladura a veces sorprendentemente.Los campos de fatiga pueden originar direccionespreferidas para el fracturamiento de la roca. Los planosde debilidad influyen en la direccin de propagacinde las ondas de tensin y por lo tanto en los planos defractura. El contenido de agua en las rocas puede servariable en cuanto a su volumen y localizacininfluyendo en la absorcin de la energa de laexplosin, lo que puede mejorar o deteriorar la rotura.Otros dos parmetros en estrecha relacin con lavariabilidad son la textura y la estructura.La textura se refiere al tamao, forma, distribucin,clasificacin y amarre de los cristales en las rocas gneasy de los granos en las sedimentarias o metamrficas,as como las propiedades fsicas resultantes a caracteresmayores como la estratificacin, grietas, fallas y planosde clivaje, incluyendo la morfologa del yacimiento, surumbo y buzamiento.En muchos casos de voladura el patrn estructural dela roca ejerce un mayor control sobre la fragmentacinresultante. Los planos de estratificacin influyen en lafragilidad de la roca. Es una ventaja cuando estn muycercanos porque pueden emplearse explosivos pocodensos y lentos, mientras que si son escasos o estnmuy separados tienden a producir grandes cantos obolones que pueden exigir una posterior voladurasecundaria. Los planos de estratificacin muy separadoso en ngulo pueden indicar la necesidad de cebadosmltiples (cargas espaciadas), o axiales.PROPIEDADES MECNICAS DE LAS ROCASEstas propiedades referidas al comportamiento de lasrocas al ser sometidas a esfuerzos mecnicos sonnormalmente determinadas en laboratorios medianteprensas y equipos especiales. Definen medidas ovalores aplicables para tener un criterio previo sobrelas condiciones de estabilidad de la roca despus dehaber sido excavada, por lo que son difciles dePromedios de laboratorio y campo Ondas longitudinales VI (m/s)Agua 1.450Suelo 100Arena, Morrena suelta 200 a 800Arcilla, Limo, Gravas 500 a 1.500Morrena compacta 1.500 a 2.700Pizarra arcillosa 870 a 3.840Arenisca 1.410 a 4.200Rocas fisuradas meteorizadas 1.900 a 4.000Granito fresco (sano) 5.500Granito y rocas verdes (Grannaca) 4.000 a 5.500Granito parcialmente descompuesto,con vetas 3.150Granito muy descompuesto 660Granito muy descompuesto y friable 450Gabro 5.500 a 6.800Caliza normal 4.920 a 6.060Caliza normal cretcica 2.200Caliza normal carbonfera 3.050 a 3.600Caliza normal ordovcica 4.090 (estratificada)5.320Prfido cuarcfero 4.870 a 5.330Mineral de sulfuro con pirita y blenda 3.950 a 6.550Pizarras negras con pirrotita 3.890 a 5.500Diabasa 3.170 a 6.950Basalto 5.578Dunita 8.047Esquistos 2.286 a 4.694Velocidad de la onda transversal Vt (m/s)Diabasa 3.840 a 3.901 Caliza dolomtica 3.261Gabro 3.657 a 3.718 Arenisca cuarctica 3.383 a 4.084Granito 2.103 a 3.292 Esquisto 2.895 a 3.200CAPTULO 467correlacionar con los resultados de la voladura peroproporcionan un medio de comparacin entrediferentes rocas.A. Resistencia a la compresin (o carga por unidad de rea)Define la fuerza o carga por unidad de superficie bajola cual una roca fallar por corte o cizalla. En otrostrminos, es la resistencia a ser sobrepasada para llegara la rotura por presin, dada en psi.B. Resistencia a la tensinEs la facultad de resistir a ser torsionada o tensadahasta llegar al punto de rotura. Tambin se define comoresistencia al arranque.C. Radio de Poisson o radio de precorteEs el radio de contraccin transversal a expansinlongitudinal de un material sometido a esfuerzos detensin, o sea, es una medida de su fragilidad. Cuantomenor el radio de Poisson, mayor la propensin arotura.D. Mdulo de Young o de elasticidad (E)Es una medida de la resistencia elstica o de lahabilidad de una roca para resistir la deformacin.Cuanto mayor el mdulo de Young mayor dificultadpara romperse. Tambin se expresa en psi.E. Gravedad especficaEs el radio de la masa de la roca a la masa de unvolumen igual de agua, en g/cm3.F. Friccin internaEs la resistencia interior para cambiar inmediatamentede forma cuando se somete a la roca a deformacinpor presin. Tambin se define como conductividad opase de las ondas (de compresin o ssmicas) fenmenoque genera calor interno.G. Velocidad de onda longitudinal (P, en m/s):Es la velocidad a la cual una roca transmitir las ondasde compresin. Como a este tipo corresponden lasondas sonoras, tambin se le refiere como velocidadsnica de la roca. Es una funcin del mdulo de Young,radio de Poisson y la densidad. Usualmente cuantomayor sea la velocidad de la roca, se requerirexplosivo de mayor velocidad de detonacin pararomperla.Como ejemplo referencial mostramos los siguientescuadros, pero teniendo en cuenta que lo usual esdeterminarlas para cada caso en particular.Roca Resistencia Resistencia Radio Modulo de Densidad VelocidadTipos: a compresin a tensin de Poisson Young longitudinal(x103 psi) (x103 psi) (x105 psi) (g/cm3) (x103 pie/s)Gneiss grantico 30.233 2,034 0,195 10,93 2,65 18.367Granito 21.020 1,308 0,327 6,27 2,70 15.888Basalto 42.347 2,290 0,284 9,04 2,88 17.150Caliza 13.330 0,670 0,235 5,34 2,53 13.517Arenisca 1.492 0,060 0,391 0,39 1,88 5.534Roca Resistencia a Resistencia Profundidad Densidad Valores de elasticidadTipos: la compresin al corte lmite de resistencia (g/cm3) E (x 104 kg/cm2)(kg/cm2) (kg/cm2) (m) RocaSana MeteorizadaGranito 2.000 200 3.568 2,7 3,16 a 6,53 2,04 a 3,06Arenisca 1.600 160 2.340 2,6 1,53 a 6,02Caliza 1.400 110 1.520 2,7 6,12 a 7,04 4,39 a 6,12Mrmol 1.800 140 2.590 2,7Cuarcita 1.800 2.490 2,8 1,43 a 7,45 1,12 a 35,60Pizarra 2.000 3.750 2,85 27,40 13,60Traquita 2.000 4.650 2,9Antracita 200Hulla 170CAPTULO 468Con base en las propiedades mecnicas, en lascondiciones geolgicas del lugar, en consideracionestcnico-econmicas, equipo disponible y otrosfactores para obras de ingeniera y minera, se sueleclasificar las rocas en categoras de dificultad,especialmente para su facilidad de voladura y/ocapacidad de sostenimiento, como en los siguientesejemplos:Tipo de roca CondicionesROCA I Muy competenteROCA II Muy competente a medianamente competenteROCA III Medianamente competenteROCA IV Medianamente competente a incompetenteROCA V Incompetente a muy incompetenteROCA VI Muy incompetenteTipos de roca clasificadas por su consistencia de plstica a quebradiza(Respuesta a esfuerzos mecnicos creados por las ondas explosivas)Comportamiento Clasificacin Tipos de roca usualmente correspondientesen voladuraI) Mal efecto Grupo A - Yeso, arcilla esquistosa, pizarra muy blanda, arcillas, rocasdetonatorio: muy descompuestasRocas elsticas Grupo B - Caliza blanda, arcilla esquistosa blanda, caliza carbonfera,y/o tenaces calcita, rocas descompuestasGrupo C - Caliza intermedia, arenisca blanda, arcilla esquistosa me- diana, esquisto arenoso, caliza semisilceaGrupo D - Arenisca blanda, caliza dura, esquisto duro, esquisto bitumi- noso, caliza cristalina, caliza silcea o silificada, chertII) Buen efecto Grupo E - Granito blando, hematitas, arenisca dura, micasquistos, con- glomerado arcilloso, silicatos, rocas con regular silisificacinGrupo F - Cuarzo, cuarcita, conglomerado cuarzoso, mrmol, granito medio, arenisca dura, rocas con mediana silisificacin, ande- sitasGrupo G - Granito duro, cuarcita de grano fino, slice, tectita, rocas con mediana a alta silisificacin, gabro, basaltosCAPTULO 469CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 5O 5O 5O 5O 57071ESTRUCTURA DE LAS ROCASDebido a su formacin, edad y a los diversos eventosgeolgicos que han sufrido, las rocas presentan diversasestructuras secundarias que influyen en sufracturamiento con explosivos. Entre ellas tenemos:A. Estratificacin o bandemiento(bending, layering)Planos que dividen a las capas o estratos de las rocassedimentarias de iguales o diferentes caractersticasfsicas (litolgicas); tambin ocurren en ciertos casosde disyuncin en rocas granitoides. Generalmenteayudan a la fragmentacin.B. EsquistocidadBandeamiento laminar que presentan ciertas rocasmetamrficas de grano fino a medio con tendencia adesprender lminas. Se rompen fcilmente.C. Fractura (joints, fisuras o juntas)En las rocas, en las que no hay desplazamiento, sepresentan en forma perpendicular o paralela a losplanos de estratificacin o mantos en derrames gneos,con grietas de tensin (diaclasas), grietas deenfriamiento (disyuncin) y otras.El espaciamiento entre ellas es variable y en algunoscasos presentan sistemas complejos entrecruzados. Laabertura, tambin variable, puede o no contenermaterial de relleno.D. Fallas (faults)Fracturas en las que se presenta desplazamiento entredos bloques. Usualmente contienen material de rellenode grano fino (arcilla, panizo, milonita) o mineralizacinimportante para la minera. En perforacin reducenlos rangos de penetracin, y pueden apretar o trabara los barrenos. Las rocas son propicias a sobrerotura(over break, back break) junto a los planos de falla.E. ContactosPlanos de contacto o discontinuidades entre estratos ocapas del mismo material o de diferentes tipo de roca.CAPITULO 5GEOLOGA Y SUS EFECTOS EN VOLADURASoluciones factibles:- Empleo de explosivos densos y de alta velocidad.- Empleo de cargas espaciadas (decks).- Intervalos de iniciacin ms cortos entre taladros(favorable para la fragmentacin y para reducirvibraciones).- Ajuste de mallas de perforacin, ms apretadas.B. Estructuras apretadasNormalmente son una ventaja, mejor transmisin delas ondas de tensin con mejor fragmentacin y controldel disparo.Las rocas con baja resistencia junto con bandeamientoapretado, con las lutitas y esquistos presentan buenafragmentacin.Algunos aspectos tcnicos pueden bajar costos en estascondiciones:- Explosivos y cebos de menor velocidad y densidadson efectivos en estas rocas (areniscas, lutitas,esquistos, etc.).INFLUENCIA DE ESTAS ESTRUCTURASLas principales desventajas que presentan son laprdida de energa por fuga de gases y la preformacinde pedrones sobredimensionados.Casos:A. Pocas estructuras o estructuras ampliamenteseparadasPueden ser una desventaja para la fragmentacin porlos siguientes motivos:- Interrupcin de las ondas ssmicas o de tensin.- Fallas de confinamiento.- A menudo enormes variaciones en dureza ydensidad entre los estratos (incompetencia).- Preformacin de pedrones sobredimensionados.- Sopladura de taladros por escape de gases.- En perforacin, menor rango de perforacin ydesviacin cuando no se perfora perpendicularmenteal bandeamiento.72- Tiempos de intervalo ms largos resultan msefectivos para el desplazamiento y son favorablespara reducir las vibraciones.- Se consiguen mayores rangos de velocidad deperforacin.- Se puede incrementar la produccin ampliando elburden y el espaciamiento e incrementando eldimetro de taladro pero debe controlarse lavibracin.C. Estratificacin plana u horizontalEstructuras predecibles.- La perforacin perpendicular a estratos horizontalesreduce la probabilidad de que se traben o agarrenlos barrenos.- Los taladros son verticales y rectos ya que estosplanos no afectan por desviacin.- En estas condiciones son factibles de aplicaropciones tcnicas en mallas, inclinacin de taladrosy sistemas de inclinacin para mejorar la voladura.Por otro lado estratos o discontinuidades en ngulopueden desviar los taladros.D. Rumbo y buzamiento (strike and dip)de estratos y fallasEl rumbo indica la direccin de la estructura (conrelacin a los puntos cardinales o norte geogrfico) yel buzamiento el ngulo de inclinacin con respectoa la horizontal. Ambos indican cuando o no los taladrosatravesarn perpendicular o transversalmente a lasestructuras.a. RumboCasos:1. Rumbo en ngulo con la cara libreFracturas o fallas en ngulo con la cara librecontribuyen a mejor fragmentacin con aceptablerotura final y rotura hacia atrs (back break), buenacondicin para voladura.2. Rumbo perpendicular a la cara libreFractura o fallas perpendiculares a la cara libre (entrelos espaciamientos de taladros) tienden a contribuircon rotura de bloques, poca rotura f inal yconsiderable rotura hacia atrs; mala condicin paravoladura.3. Rumbo paralelo a la cara libreFallas y fracturas provocan fracturamientosobredimensionada, mala rotura final pero generalmenteuna pared posterior estable; mala condicin parafragmentacin por voladura.Efectos negativos en la performance de la voladura:Efectos negativos en la performance de la voladura:Efectos negativos en la performance de la voladura:Efectos negativos en la performance de la voladura:Efectos negativos en la performance de la voladura:- Roca con estructuras complicadas.- Zonas de incompetencia.- Rocas con zonas competentes intercaladas con zonasincompetentes.Soluciones factibles1. Efectuar voladuras de prueba, si esto es posible.2. Disear la voladura para que la cara libre sedesplace en un ngulo con las estructurasgeolgicas. Esto puede o no ser posible y puedeinvolucrar alteraciones en los intervalos de retardo.3. Procurar la mejor distribucin de la carga explosivapara sobreponerla a las estructuras, aplicandoalgunas de las siguientes opciones:CAPTULO 573- Ampliar los espaciamientos paralelos a las fisuras yreducir los burdenes perpendiculares a las fisuras.- Aplicar la malla en echeln si fuera conveniente.- Enfocar la direccin del ngulo de movimiento delas salidas.4. Reducir la malla.5. Emplear menor dimetro de taladros, lo queproporciona mejor distribucin del explosivo ynotoriamente mayor control de la voladura.6. Perforar taladros satlites entre los taladros deproduccin.7. Experimentar con diferentes intervalos de retardo.Intervalos cortos son a menudo efectivos enestructuras sobresalientes.b. BuzamientoCasos:1. Perforacin y voladura con el buzamiento afavorEn este caso se puede esperar lo siguiente: mayor roturahacia atrs, ya que la gravedad trabaja contra laoperacin de voladura. Mejor utilizacin de la energadel explosivo porque los estratos yacen hacia lostaladros presentando menor resistencia al empuje. Pisodel banco ms plano o regular con menos problemasde bancos, mayor desplazamiento desde la cara librelo que resulta en una mejor formacin de la pila deescombros. Por otro lado hay la posibilidad de piedrasvolantes de la cresta del banco.Soluciones factibles:1. El empleo de taladros inclinados reduce la roturahacia atrs.2. Ampliando el tiempo de retardo de la inclinacinde la ltima fila de taladros se puede lograr un buenperfil de la cara final del banco.2. Perforacin y voladura con el buzamiento encontraMenor rotura hacia atrs debido a que los estratos buzandentro del banco. La resistencia al pie del banco seincrementa dificultando su salida, por lo que se requieremayor carga explosiva de fondo, piso del bancoirregular, menor desplazamiento desde la cara libre, queresulta en una pila de escombros ms elevada.Soluciones factiblesSi se presentan lomos o toes:1. Perforar taladros inclinados para eliminar laposibilidad de lomos.2. Perforar taladros satlites para eliminar los lomos.3. Explosivos de alta energa en las reas de formacinde lomos pueden ayudar a mejorar el nivel del piso,la sobreperforacin adicional tambin puede ayudara mejorar el nivel del piso.3. Perforacin y voladura con el rumbo en contraEn esta situacin se espera encontrar las condicionesms desfavorables para la perforacin y voladura.1. Piso del banco irregular, frecuentemente con formadentada cuando se intercalan estratos de rocas dediferentes caractersticas.2. Rotura hacia atrs irregular, con entrantes y salientes.3. Desfavorable orientacin de la cara libre, querequiere de trazos de voladura adecuados.CAPTULO 574E. Estructuras inestablesEn muchas canteras y tajos abiertos, por razonesgeolgicas y de estabilidad de taludes se presentanproblemas de deslizamientos de diferentes tipos yproporciones, que comprometen la seguridad de lasoperaciones. Estos deslizamientos estn vinculados afallamiento, presencia de agua, roca alterada odescompuesta, presencia de material arcilloso, taludesde banqueo muy empinados que crean zonas crticas,etc. (ejemplos en los grficos siguientes).En estas zonas crticas es necesario controlar lasvibraciones generadas por voladura, empleandodetonadores de retardo con perodos de 8 a 10 msentre taladros, limitar la carga explosiva total (factorde carga) y disparar tantas de pocos taladros, paraevitar incrementar su desplazamiento.Generalmente las voladuras son monitoreadas consismgrafos para controlar el nivel de vibraciones yefectuar los ajustes de tiempo y carga necesarios.F. Estructuras en trabajos subterrneosLas mismas consideraciones sobre estructuras geolgicasse aplican en trabajos de subsuelo. Caso especial sonlos tneles, galeras, rampas y piques donde los sistemasde fracturas dominantes afectan a la perforacin yvoladura.Los sistemas dominantes clasificados con relacin aleje del tnel son tres:a. Sistema de fracturas y juntas perpendicularesal eje del tnelPor lo general se esperan los mejores resultados devoladura en estas condiciones.b. Sistema de fracturas o juntas paralelas al ejedel tnel (planos axiales)En estas condiciones a menudo resultan taladros quedados(tacos o bootlegs) de distintas longitudes y excesivamenteirregulares condiciones en la nueva cara libre.c. Sistema de fracturas o juntas en ngulosvariables con relacin al eje del tnel (echeln)En estos casos usualmente los taladros de un flancotrabajan mejor que los del otro. Puede decirse que losdel lado favorable trabajan a favor del buzamiento.La situacin real a veces se complica cuando estossistemas (y sus subsistemas) se intercalan, dificultandola perforacin y facilitando la fuga de gases, aunquela fragmentacin puede ser menuda.CAPTULO 575Usualmente las fracturas espaciadas generan bolonesmientras que las apretadas producen fragmentacinmenuda. En el primer caso los taladros requieren cargasconcentradas de alto impacto y velocidad, mientras queen el segundo se prefiere explosivos lentos, menostrituradores pero ms impulsores.En resumen, la disyuncin o fisuramiento porcontraccin en las rocas gneas, las grietas de tensino diaclasamiento y los planos de estratificacin en lassedimentarias, as como los planos de contacto odiscontinuadas entre formaciones geolgicas distintasy especialmente las fallas, tienen definitiva influenciaen la fragmentacin y desplazamiento del material avolar, por lo que deben ser evaluadas en el mayordetalle posible en el planeamiento del disparo.Otras condiciones geolgicas importantes son laexcesiva porosidad, presencia de oquedades, geodas,venillas de yeso y sal que amortiguan la onda ssmica.La presencia de agua tiene el mismo efecto ademsde obligar al empleo de explosivos resistentes al aguay en muchos casos efectuar un bombeo previo paradrenar los taladros.Tambin en ocasiones el terreno presenta altastemperaturas que pueden causar detonacionesprematuras, as como algunos sulfuros (pirita,marcasita) que en estas condiciones pueden reaccionarcon explosivos en base a nitratos, generando SO2 ycalor que descomponen al explosivo.CAPTULO 57677CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 6O 6O 6O 6O 67879- Percusin/rotacin, con efecto de golpe, corte y giro,como el producido por las perforadoras neumticascomunes, tracdrills, jumbos hidrulicos.- Rotacin con efecto de corte por friccin y rayadocon material muy duro (desgaste de la roca, singolpe), como el producido por las perforadorasdiamantinas para exploracin.- Fusin (jet piercing) mediante un dardo de llamaque funde roca y mineral extremadamente durocomo la taconita (hierro), mtodo aplicado enalgunos yacimientos de hierro de Norteamrica.EQUIPOS DE PERFORACINActualmente se emplean tres tipos de mquinasperforadoras:A. ManualesDe percusin con aire comprimido, para huecospequeos (25 a 50 mm de dimetro), para trabajohorizontal o al piso (pick hammer) o para huecosverticales al techo (stopers). Emplean barrenos de acerointegrales terminados en una broca fija tipo bisel, obarrenos con broca acoplable.CAPITULO 6PERFORACINL a perforacin es la primera operacin en lapreparacin de una voladura. Su propsito es el deabrir en la roca huecos cilndricos destinados a alojaral explosivo y sus accesorios iniciadores, denominadostaladros, barrenos, hoyos o blast holes.Se basa en principios mecnicos de percusin yrotacin, cuyos efectos de golpe y friccin producen elastillamiento y trituracin de la roca en un reaequivalente al dimetro de la broca y hasta unaprofundidad dada por la longitud del barreno utilizado.La eficiencia en perforacin consiste en lograr lamxima penetracin al menor costo.En perforacin tienen gran importancia la resistenciaal corte o dureza de la roca (que influye en la facilidady velocidad de penetracin) y la abrasividad. Esta ltimainfluye en el desgaste de la broca y por ende en eldimetro final de los taladros cuando sta se adelgaza(brocas chupadas).La perforacin se efecta por los siguientes medios:- Percusin, con efecto de golpe y corte como el de uncincel y martillo. Ejemplo, el proporcionado por losmartillos neumticos pequeos y rompepavimentos.80B. MecanizadasDe percusin y de rotopercusin, montadas en chasissobre ruedas u orugas. Para huecos hasta 150 mm (6de dimetro) y 20 m de profundidad. Ejemplo loswagondrill, track drill y jumbos neumticos ohidrulicos, que emplean barrenos acoplables conbrocas intercambiables.C. Mecanizadas rotatoriasGeneralmente de grandes dimensiones para uso entajos abiertos, montadas sobre camin o sobre orugascon traslacin propia, con motor rotatorioindependiente y perforacin por presin (pull down opresin de barra) con brocas rotatorias tricnicas de6 a 15 de dimetro, siendo las ms comunes de 6,9 7/8 , 11 y 12 5/8.Un equipo normal de perforacin est compuesto por:a. Perforadora o martillo.b. Soporte y carro portador.c. Compresora y bombas hidrulicas.d. Brocas y barrenos.e. Accesorios (mangueras, aceitadoras, etc.).a. MartillosSon las mquinas que accionan la barra o barreno deperforacin y pueden ser:- Neumticos, accionados por aire comprimido ohidrulicos, accionados por aceite a alta presin.- Manuales o porttiles, para taladros de 1 a 3 m deprofundidad, o de gran capacidad, para huecos dehasta 30 metros.Los martillos pueden estar ubicados sobre el barrenodenominndose drifters, o en la punta del barrenodenominndose down the hole, en cuyo caso penetranen la roca junto con el barreno o barra.b. SoportesTambin llamados castillos, pueden ser simples trpodeso patas tubulares de avance automtico como las delos stoper y jack hammer. En los jumbos, trackdriles ydems carros perforadores se utilizan brazos articuladosy pantgrafos. Estos ltimos muy adecuados paraperforacin paralela en taladros de arranque por cortequemado.Las rotatorias tienen altas estructuras metlicas (castillos)para soportar el peso de la mquina y de la barra.c. CompresorasPueden ser estacionarias, porttiles (mviles) ycarrozadas, estas ltimas montadas en el mismo carroperforador. Su accionamiento puede ser elctrico o conmotor a explosin (mayormente diesel). De acuerdo alsistema mecnico de compresin pueden ser:- De pistones (simple y reciprocante), cuando el aire secomprime primero a baja presin y luego a alta endos cilindros en tandem.- Rotatorias (de paletas corredizas o vanes, y de tornilloo helicoidales).d. Brocas y barrenosLas brocas son las herramientas cortantes, generalmentede acero altamente resistente al impacto, reforzadas ensus filos con insertos o botones de material muy duroresistente a la abrasin (carburo de tungsteno).Barras o barrenos son varillas o tubos de aceroacoplables que transmiten el impacto del martillo a labroca, ubicada en uno de sus extremos. Las barraspueden ser tubulares, hexagonales, rgidas, etc. y susacoplamientos de rosca, rosca corrida, soga, conoroscado, cono de embone liso, etc.Cuando la rosca forma parte del barreno se denominaintegral, pero por lo general son independientes ointercambiables ya que su desgaste es mayor que el de labarra. Segn la forma de su cara cortante y de la disposicino distribucin de los insertos pueden ser del tipo bisel, cruz,equis, botones, expansoras o rimadoras, etc.En sntesis, las brocas se clasifican en tres grupos:- De corte; generalmente empleadas en perforacinde produccin con mquinas chicas, entre 1 y 4de dimetro, (integrales, cruz, etc.) donde el insertoes el elemento que trabaja y se gasta.- Rotatorias; tambin llamadas tricnicas por estarformadas por tres conos dentados acoplados a uncuerpo fijo o carcasa. Estos conos giran librementealrededor del eje de la broca cuando sta entra enmovimiento triturando a la roca.- Diamantinas; empleadas en prospeccin geolgica yen voladura con taladros largos (long holes),generalmente huecas para permitir la extraccin deuna varilla de la roca o mineral que va siendo perforado(testigo), tienen insertos muy finos de diamanteembebidos en una masa o matriz fundida, dura, queconforme se gasta deja aparecer nuevos diamantes.SELECCIN DE EQUIPOS DE PERFORACINExisten diversos tipos y marcas de equipos deperforacin para diferentes condiciones de trabajo. Suseleccin se basa en criterios econmicos. De diseomecnico, mantenimiento y servicio, capacidadoperativa, adaptabilidad a los dems equipos de lamina, y de condiciones generales del lugar de trabajo(acceso, roca, topografa, fuentes de energa, etc.).Uno de los criterios ms importantes en perforacin esla velocidad de penetracin. La introduccin de laperforacin hidrulica que usa aceite a presin en lugarde aire comprimido para activar el martillo y el restodel equipo de perforacin ha logrado aumentar estavelocidad y, por lo tanto, la eficiencia de la perforacin,especialmente en rocas duras.CAPTULO 681La penetracin neumtica ha llegado al tope de sudesarrollo por la limitada presin de aire comprimido.Con el sistema hidrulico se puede aplicar presiones detrabajo mucho mayores sobre la broca. Otra ventaja esque una perforadora hidrulica requiere una tercera partede la energa que consume una perforadora neumtica.CONDICIONES DE PERFORACINPara conseguir una voladura eficiente la perforacines tan importante como la seleccin del explosivo, porlo que este trabajo debe efectuarse con buen criterio ycuidado. Lamentablemente, la supervisin de lacorrecta operacin de perforacin an no esadecuadamente realizada en muchas minas, lo quepermite que ocurran deficiencias en la calidad deltrabajo (taladros desviados, ms espaciados, delongitud irregular, etc.) que determinan prdidas deeficiencia de la energa explosiva disponible.Normalmente la calidad de los taladros a serperforados est determinada por cuatro condiciones:dimetro, longitud, rectitud y estabilidad.A. DimetroDepende del tipo de aplicacin en que el taladro serutilizado. Como regla general, el de menor dimetrofactible ser el ms adecuado y econmico de realizar.B. LongitudInfluye mucho en la eleccin de la capacidad del equipoperforador y naturalmente en el avance del disparo(profundidad del taladro).C. RectitudVara con el tipo de roca, mtodo de perforacin ycaractersticas del equipo perforador. Deben tener lamayor rectitud y alineamiento para que el explosivosea apropiadamente distribuido.En la mayora de trazos de perforacin el paralelismoentre taladros es de vital importancia para la interaccinde las cargas explosivas en toda la voladura.D. EstabilidadLos taladros deben mantenerse abiertos hasta elmomento de su empleo. En terrenos sueltos tiendena desmoronarse por lo que puede ser necesariorevestirlos interiormente con tubos especiales parapoderlos cargar (casing) o hacer otro taladroadyacente al obturado.CASOS PARTICULARESAlgunos trabajos de voladura requieren taladros de granlongitud, paralelos o distribuidos en forma radial. Losparalelos se emplean mquinas perforadoras especialescomo las simbas, pack-sac, diamondrill y otras.Es fundamental que los operadores perforistasconozcan a fondo el manejo de su mquina, susposibilidades y limitaciones, su mantenimiento bsicoy capten claramente los diseos del trazo o plan deperforacin, entendiendo claramente el propsito ofinalidad de la voladura a realizar.PERFORACIN PARAVOLADURA DE BANCOCAPTULO 682PERFORACIN PARALELA CONJUMBOCAPTULO 6JAULA ALIMAK PARA PERFORACINDE CHIMENEAS83VELOCIDAD DE LA PENETRACIN Y BARRIDOLa velocidad de penetracin no solamente dependede la aplicacin de fuerza; tambin depende del barridoo limpieza de los detritos del taladro con airecomprimido y/o con agua a presin, a travs de lamisma barra conforme avanza la perforacin.Algunas perforadoras hidrulicas tienen una bombaespecial para el agua de barrido, para conseguir unapresin alta y constante por encima de 10 bar, lo queaumenta la velocidad de penetracin.La lubricacin del sistema varillaje-broca durante eltrabajo es fundamental, ya que cada mquina tiene supropio sistema, sea con agua, aire o ambos, conpulverizacin o nebulizacin de aceite.No se debe utilizar slo agua en materiales como sal,yeso, potasa, anhidrita o bauxita y ciertas arcillas,porque forman un lodo que atraca el varillaje. Comoalternativa en este caso tendramos:- Usar aire slo (con mecanismo de vaco paracolectar el polvo).- Perforar con barrenos helicoidales o augers, sin aire.- Mezcla controlada de aire-agua como niebla, parahumedecer la inyeccin.Por otro lado, el aire slo tender a crear mucho polvoen el ambiente.La dureza y abrasividad de la roca son factoresimportantes para determinar qu medio de perforacinemplear: rotacin simple o rotopercusin. Usualmentecuanto ms suave sea la roca mayor debe ser lavelocidad de perforacin (normalmente hasta unmximo de 1 500 rpm). Por otro lado, cuanto msresistente sea a la compresin, mayor fuerza y torquesern necesarias para perforarla.Otros aspectos importantes son el factor de desgastede la broca, directamente dependiente de la abrasinde la roca, que va disminuyendo progresivamente sudimetro y va limando los insertos o botones exigiendosu afilado continuo y la vida del acero, trmino con elque se conoce al tiempo de trabajo til del varillajeantes de que se deteriore o se rompa por fatiga.El varillaje o barra transfiere la energa del golpe delmartillo a la broca, por lo que su vida til depende msde la onda de fatiga interior que de la energa por golpey la frecuencia de impactos generados por el martillo.Muchas mquinas modernas tienen sistemas deamortiguacin dentro del martillo y mordazascentralizadoras o guiadoras para la barra, quedisminuyen el reflejo de la onda de impacto y lavibracin producidas en el varillaje, con lo quedisminuye el desgaste de los componentes mecnicos.La guiadora evita tambin el vaivn o desplazamientocircular de la broca, lo que produce desgaste en susflancos o faldones, desva el alineamiento del taladroy le da un acabado interior irregular, especialmentecuando se perfora en terreno incompetente, aspectoimportante para el dimetro y confinamiento de lacolumna explosiva.A. Fallas de perforacin en taladros de mayordimetroEn bancos pueden ser errores de espaciamiento entretaladros, desviacin, irregularidades en dimetrointerior por terreno suave o incompetente, cada dedetritos y errores de sobreperforacin (normalmenteentre 10 a 12% bajo el nivel del piso del banco).B. Fallas de perforacin en taladros depequeo dimetro en subsueloLos errores son significativos, especialmente si afectanal arranque del disparo. Entre ellos tenemos:a. En arranquesInsuficiente dimetro o nmero de taladros de alivio.b. Desviaciones en el paralelismoEn este caso el burden no se mantiene uniforme,resulta mayor al fondo lo que afecta alfracturamiento y al avance. Este problema esdeterminante en los arranques y en la periferia(techos) de tneles y galeras.c. Espaciamientos irregulares entre taladrosPropician fragmentacin gruesa o soplo del explosivo.d. La irregular longitud de taladrosInfluye en el avance (especialmente si el de alivioes muy corto) y tambin determina una nueva caramuy irregular.e. Intercepcin de taladrosAfecta a la distribucin de la carga explosiva en elcuerpo de la roca a romper.f. Mayor nmero de taladros que los necesarios odimetros muy grandes; pueden determinarsobrecarga, que golpear a la roca circundante.CAPTULO 684CAPTULO 685En los tne les , rampas y o t ros t rabajosdesarrollados con taladros paralelos, es necesarioperforar los del techo (alzas) y pisos (arrastres) concierto ngulo, para mantener igual la periferia dela nueva cara a obtener; de lo contrario la laborse estrechara paulatinamente, pero si estosngulos se exageran los resultados sern negativospor sobre rotura.PERFORACIN DE PRODUCCIN ENSUBSUELOLa perforacin de rebajes o tajeos para corte yrelleno ascendente puede ser de dos formasdiferentes:A. Perforacin en direccin vertical.B. Perforacin en direccin horizontal (bresting)CAPTULO 686LLLLLa perforacin en direccin vertical o casi verticala perforacin en direccin vertical o casi verticala perforacin en direccin vertical o casi verticala perforacin en direccin vertical o casi verticala perforacin en direccin vertical o casi verticalofrece dos ventajas:ofrece dos ventajas:ofrece dos ventajas:ofrece dos ventajas:ofrece dos ventajas:a. La perforacin y la limpieza del disparo sonoperaciones independientes, permitiendo alto gradode utilizacin del equipo y facilitando el planeamientodel trabajo.b. Los disparos pueden efectuarse con mayor nmerode taladros, aumentando la eficiencia.Dos desventajas fundamentales con la perforacinDos desventajas fundamentales con la perforacinDos desventajas fundamentales con la perforacinDos desventajas fundamentales con la perforacinDos desventajas fundamentales con la perforacinvertical son:vertical son:vertical son:vertical son:vertical son:a. La altura del corte despus del disparo.b. Su rigidez, que da problemas cuando los lmites de vetas son irregulares.LLLLLa perforacin horizontal presenta las siguientesa perforacin horizontal presenta las siguientesa perforacin horizontal presenta las siguientesa perforacin horizontal presenta las siguientesa perforacin horizontal presenta las siguientesventajas:ventajas:ventajas:ventajas:ventajas:a. La altura del rebaje o tajeo se reduce despus deldisparo haciendo ms fcil el desatado del techo ymejorando la estabilidad.b. La estabilidad del tajeo o rebaje puede mejorarsecon voladura lisa (smooth blasting) al techo.c. Permite controlar fcilmente la dilucin y prdida demineral de valor, ya que su flexibilidad se presta paradisparos que corten el rebaje justamente en el lmitedel cuerpo de mineral.d. La perforacin horizontal es ms eficiente cuantomayor sea el tamao del disparo (en disparospequeos hay que perforar y limpiar muchas vecesseguidas), por lo que es importante el ancho deltajeo, que de ninguna manera puede ser ms amplioque el cuerpo del mineral.e. Los equipos de perforacin pueden ser estndar,con los jumbos se puede conseguir altas velocidadesde perforacin y buen nivel de paralelismo, mientrasque con jacklegs la capacidad de perforacin es muybaja, ya que tiene que efectuarse desde encima delmineral fracturado para conseguir una alturasuficiente para alcanzar el techo (piso regular el irregular).El mejor resultado de la perforacin horizontal seobtiene con jumbos y con relleno hidrulico (relave) alque puede hacerse llegar muy cerca al techo del tajo(0,5 hasta 1,0 m), con lo que puede aumentar la alturadel corte al facilitarse la perforacin en tajos altos.- Incrementa la productividad al permitir aumentarla mecanizacin.- Incrementa la seguridad al reducir la altura de loscortes y mejorar su estabilidad.PERFORACIN CONVENCIONALSe realiza con taladros paralelos o taladros en ngulo,atacando directamente al frontn o cara libre frontalcon el principio de tnel (banco circular), con un grupode taladros de arranque que formarn una cavidadinicial, seguida del resto de taladros de roturadistribuidos alrededor del arranque, delimitndose laseccin o rea del frontn con los taladros perifricos.Seccin o rea del frontn con los taladros perifricos.La profundidad del avance (longitud de los taladros)est limitada por el ancho de la seccin.La denominacin de estos taladros es la siguiente enel Per:CAPTULO 687los taladros perifricos comprenden a los cuadradores,alzas y arrastres, y los del ncleo a los de arranque(cueles), ayudas y taladros de produccin.La seccin puede ser semielptica, circular o cuadrtica,manteniendo el mismo esquema de distribucin.Este esquema de perforacin se aplica en tneles,galeras, chimeneas, piques, rampas y otros desarrollos.La perforacin radiales aplicable en explotacin devetas amplias y cuerpos de mineral. Se realiza contaladros largos que parten del eje de una galera,dispuestos en forma radial o de abanico, en un planoperpendicular al eje. Varios planos paralelos detaladros radiales se distribuyen en el eje. Normalmente,a igual distancia entre s, planos que pueden dispararseuno por uno o varios por vez pero con retardosespaciados.La perforacin de roca es an mecnica por percusinrotacin, y lo ser por buen tiempo ms. Se estexperimentando en la futura tecnologa de perforacincon nuevos mtodos que quiz nos sean familiares enunos aos por delante. Entre algunos de los que hansido mencionados en publicaciones al respecto tenemos:- Perforacin por implosin (ondas de choque de alta energa).- Perforacin explosiva (cargas dirigidas tipo jet).- Perforacin qumica (productos qumicos como fluoruros).- Perforacin por chorro continuo cavitante (chorros de agua en alta presin para astillar la roca por cavitacin).- Perforacin por flama dirigida (llama a lata temperatura, dirigida).- Perforacin con medios de corte, ejemplo: rayos lser, rayos electrnicos, plasma (gases ionizados calientes para socavar la roca vaporizndola).- Perforacin por arco elctrico y diferencia de potencial o desintegracin elctrica.CAPTULO 68889CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 7O 7O 7O 7O 79091instantneo del disparo y con detonador de retardo ocon detonador de superficie en la lnea de cordndetonante cuando son para arranque temporizado.El detonador puede ser introducido en un explosivoblando o plstico empujndolo suavemente. Para elcaso de explosivos ms consistentes debe emplearseun punzn de madera, plstico o bronce, para hacerun hueco en el cartucho donde se introducir eldetonador. El cebo preparado debe ser manejado conprecaucin. No debe ser taconeado o atacado al sercargado en el taladro.Son bien conocidas las recomendaciones de cortar lamecha en forma recta, no inclinada, con navaja bienafilada, e introducirla en el fulminante hasta hacer unbuen contacto con su carga sensible, sin dejar espaciovaco y luego ajustar la cpsula con el alicate fijadorpara conseguir un empalme hermtico. Igualmente lasde mantener puenteados (cortocircuitados) los alambresde los detonadores elctricos hasta el momento deldisparo, para evitar tiros prematuros por accin decorrientes elctricas vagabundas.Todo cebo es explosivo activado dispuesto a detonarpor cualquier incentivo (fuego, golpe, maltrato, etc.)por lo que debe ser tratado con el mximo cuidado,tanto al transportarlo, como al introducirlo en el taladro.Para el cebado de cartuchos y taladros se siguen ciertospasos, que para facilidad de interpretacinpresentamos en los dibujos que vienen a continuacin:CAPITULO 7CEBADO O PRIMADO DE EXPLOSIVOSP ara iniciar a un taladro cargado con un explosivorompedor sensible o con un agente de voladura seemplea un cebo, que en su forma ms simple es eldetonador introducido en un cartucho de dinamita.CEBOSSe denominan cebos o primas a los conjuntos formadospor un cartucho de dinamita, de emulsin o de hidrogelsensible al fulminante, al que se le ha insertado unfulminante, un detonador elctrico, o un extremo decordn detonante y que se utilizan para activar e iniciarla detonacin de la carga explosiva principal en untaladro de voladura.Los cebos normales son de la misma dinamitaempleada en el resto de la columna explosiva y seutiliza un cebo para cada taladro a disparar, igualcuando la carga principal sea de un agente de voladuracomo Examon o ANFO.Para aprovechar al mximo el efecto de impactopuntual que proporciona el detonador, ste debecolocarse dentro de la masa del cartucho, con su cargainiciadora orientada hacia la mayor longitud de lacolumna explosiva, es decir, mirando hacia la bocadel taladro.Los cebos son activados con un detonador o con cordndetonante convencional cuando se requiere arranque92CAPTULO 793CEBO O PRIMER MNIMOTodo explosivo sensible y agente de voladura requierede un mnimo primer para iniciarse con su mayorrgimen de velocidad y presin de detonacin, quegaranticen una detonacin autosostenida.Con una energa menor que la requerida el explosivosaldr a bajo rgimen, o no podr iniciarse.Al cebar los agentes de voladura, el primer debe tenerun dimetro cercano al dimetro del taladro y porrazones geomtricas su longitud deber ser igual omayor que su dimetro, por lo menos dos dimetros,para asegurar que en el primer se pueda formar unaonda plana de presin estable.Las propiedades ms importantes de un primer o ceboson:a. La presin de detonacin.b. El dimetro y longitud (masa).c. La densidad y velocidad.La presin de detonacin es la generada por la reaccindel explosivo en su detonacin. Es funcin de lavelocidad y de la densidad propios del explosivo. Elrango entre los explosivos comerciales vara entre 20kbar (ANFO) y 180 kbar (gelatinas), llegando el TNT ycomposiciones militares a 240 kbar.En los agentes de voladura el dimetro tiene estrecharelacin con su velocidad estable de detonacin. As,en el caso de ANFO convencional tenemos lossiguientes valores aproximados:Dimetro del taladro VOD(mm) (m/s)89 3 700102 3 800152 4 200270 4 400de donde se deduce la importancia de darle el mayordimetro posible al primer, o combinarlo con una cargapotente adicional reforzadora, que se denominabooster.NotaLos trminos primer, cebo y booster (iniciador-reforzador) son frecuentemente confundidos.Normalmente se debe entender al primer como todaunidad de alto explosivo sensible que contiene undetonador (o cordn detonante) usado para iniciar aotros explosivos o agentes de voladura, mientras queun booster es por lo general una carga densa y sensibleque se emplea para mantener o intensificar la reaccinexplosiva iniciada por el primer.As por ejemplo, a un taladro de banco cargado conANFO en columna y Slurrex al fondo con iniciador APDse le debe denominar primer y booster a la combinacinAPD/Slurrex (APD = alta presin de detonacin).En el ambiente minero an suele emplearseincorrectamente el trmino booster para designar alcebo de TNT-pentolita colado (cast-primer).COMENTARIOS Y RECOMENDACIONESSOBRE CEBOSA. Taladros de pequeo dimetroEn principio el cebo debe tener la suficiente energacomo para garantizar el completo inicio de la carga asu mayor rgimen y poder mantenerlo as en todo eltaladro. De conocimiento general es que a mayorpotencia del cebo se obtiene mayor rendimiento de lavoladura; por ello, si eventualmente dispusiramos dela alternativa para utilizar como cebo dinamitapulverulenta o gelatina, la recomendacin es inclinarsepor la gelatina, aunque su precio unitario sea ms alto,ya que el rendimiento general ser mayor.Es notoria, por ejemplo, la diferencia de resultados enel disparo de un taladro de pequeo dimetro (digamosde 2 de dimetro) cargado con ANFO e iniciado slocon un detonador, aunque ste sea del N 10 o del N12; comparndolo con el mismo taladro pero cebadocon un cartucho de dinamita gelatinosa. Adems debetenerse en cuenta que el pequeo dimetro deldetonador usado como cebo es insuficiente, ya que elcebo debe tener el mismo dimetro de la cargaexplosiva y suficiente masa para lograr la mximaeficiencia. Tambin es importante ubicarlo al fondo,donde se requiere aplicar la mayor energa paracontrarrestar la resistencia a la rotura por el naturalconfinamiento de la roca. (ver dibujo de cebadoadecuado de ANFO y Examon).La velocidad y la presin de detonacin del cebo sondeterminantes para la rapidez con que se logre elrgimen constante de presin de taladro o de trabajo.La energa de impacto inicial del cebo tiene marcadainfluencia en el tiempo en que ser lograda ladetonacin a rgimen constante del explosivo receptoren la columna de carga del taladro; es decir el tiempoen que este explosivo conseguir su velocidad establede detonacin y los rangos de rgimen termodinmicoe hidrodinmico cercanos al 100% de sus valorestericos mximos, que es lo que el usuario deseaobtener para el mejor logro de sus objetivos de trabajo.En los taladros de pequeo dimetro cargados condinamita, esto se logra de forma casi inmediata debidoa la presencia de la altamente exotrmica nitroglicerina,traducindose ello en su elevado impacto rompedor,que es una de sus grandes ventajas. A su vez, en lostaladros tambin de pequeo dimetro pero cargadoscon ANFO esta fase de la iniciacin demora cierto tiempodebido a que la reaccin del nitrato granular es lenta,mostrando por tanto menor impacto rompedor. Esto tratade compensarse en parte, como se dijo anteriormente,colocando un cebo enrgico de alto explosivo.CAPTULO 794Un cartucho de dinamita gelatinosa es uno de los cebosms adecuados, pero debe descartarse el uso decualquier cebo de dimensiones reducidas aunque seade alto explosivo. Algunos usuarios, pensandoeconomizar explosivo, utilizan como cebo sloporciones de cartuchos para iniciar el ANFO, lo quepor lo contrario resulta inconveniente puesto que porfalta de energa el rendimiento del taladro es muypobre, lo que se puede apreciar fcilmente por ladeficiente fragmentacin y los tacos que suelen quedardel taladro. El hecho de que un disparo salgacompletamente no significa que haya sido bueno. Tieneque observarse detenidamente el avance, fragmentaciny desplazamiento de la carga para determinar si lainiciacin ha sido adecuada y si se ha logradodetonacin total o slo ha deflagrado parcialmente.Se estima que con ANFO pobremente cebado, elrgimen constante de detonacin se lograr recindespus de un recorrido mnimo de 6 dimetros detaladro, debiendo tenerse presente tambin a laprogresiva prdida de sensibilidad del ANFO a medidaque disminuye el dimetro del taladro, o que aumentesu longitud, como es el caso de los disparos con elmtodo de taladros largos en anillos o abanicos ensubniveles (long hole ring drills), donde con longitudesdel taladro de 6 m hasta 30 m (20 a 100) esimperativo emplear cebos muy enrgicos y suficientesen masa (peso).B. Taladros de gran tamaoPara iniciar un taladro cargado con explosivo sensiblese emplea el cebo, normalmente suficiente paratrabajar en taladros de pequeo dimetro, pero no aspara los mayores de 3 de dimetro que requieren deun reforzador, especialmente si se trata de iniciarANFO, slurries o emulsiones no sensibles. As, en susinicios el ANFO cargado en taladros de gran dimetroen minas de tajo abierto era cebado con uno o msatados de cartuchos delgados de dinamita, calculandosu peso en aproximadamente un 5% de la carga total,pero como este mtodo resultaba insuficiente fuesustituido por el empleo de cebos especiales de altapresin de detonacin, constituidos por altos explosivoscolados o moldeados, tales como las combinacionesde TNT, PETN o RDX denominados reforzadores,boosters o cast primers. Incluso despus de introducidosestos primers, se buscaron otros medios para mejorar lainiciacin, como son: el cebado en puntos mltiples dela columna con estos mismos boosters iniciadores, o elinicio axial con cordn detonante de alto gramaje (90 a120 g/m) a lo largo de todo el taladro (que fue pocosatisfactorio) y finalmente el termocebado, constituidopor una porcin de slurry aluminizado o emulsininiciada por un primer, conjunto que normalmente seubica al fondo del taladro.Este ltimo esquema permite, adems conseguir unmejor acoplamiento de la carga iniciadora al llenartodo el dimetro del taladro, mucho mejor an si elslurry o emulsin es denso, ya que su elevada velocidady alto desprendimiento de calor contribuirprecisamente a reforzar al primer. Este esquema es muyapreciado en nuestros tajos abiertos para voladura derocas difciles y para nivelar el piso de los bancosdisparados, donde usualmente se coloca una a dosbolsas de Slurrex (25 a 50 kg) o Slurrex-EG a granel,con un booster APD de 1 libra, completndose eltaladro con ANFO.En minera a tajo abierto se emplean los siguientestipos de reforzadores o boosters como cebos iniciadorespara los taladros de gran dimetro (sobre 75 mm 3de dimetro) cargados con ANFO o agentes devoladura acuosos:a. Cebos colados (cast primers)De alta densidad, alta presin de detonacin (APD) yelevada velocidad. Sobre la base de TNT, pentolita, RDXy otros explosivos primarios. De tipo colado o prensado,se presentan en moldes cilndricos slidos de 1/3; 1; 3y 5 libras (de 150 g a 2,3 kg), con agujeros pasantespara el iniciador (que puede ser un detonador decualquier tipo del N 6 al N 12 y ms usualmente cordndetonante desde 3 g/m hasta 10 g/m, siendo el mscomnmente utilizado el booster de 1 libra (460 g).Clases:1. Convencional o instantneo. Ejemplo booster APD.2. De retardo integrado, tambin denominados deretardo de profundidad (ejemplo: deck master, quellevan insertado un detonador de retardo).b. Cebos hidrogel y emulsin (slurry primers)Hidrogeles tipo slurry aluminizado o emulsin de altadensidad, alta velocidad y presin intermedia a alta,sensitivos al detonador N 8 y a cordones detonantes5 y 10 g/m, eventualmente al 3 g/m con varias vueltasadicionales. Se presentan en cartuchos o bolsas depolietileno o valeron selladas, de forma cilndrica, conpesos entre 500 y 1 000 g no son rgidos. Se detonanamarrndolos exteriormente con el cordn detonanteo eventualmente introducindoles un detonador.c. Sistemas explosivos de dos componentesAlgunas veces citados como explosivos binarios,comprenden a dos componentes independientementeno detonables, normalmente uno lquido y otrogranular, o ambos lquidos, los que al mezclarsedirectamente en su envase forman un alto explosivosensible al detonador, que se emplea como booster entaladros de voladura de gran dimetro, o tambincomo carga directa en plasteos secundarios, enprospeccin ssmica o en demolicin submarina.Ejemplo: Astro Pak, Kinestic, Kinepouch, los que pordiversas razones no han tenido mayor acogida en elcampo minero.CAPTULO 795c. Cebos de dinamita (dynamite primers)Cargas de dinamita gelatinosa de alta velocidad, seacomo un manojo de cartuchos pequeos atados, comocartucho individual de gran dimetro (hasta 75 mm),o como cargas especiales selladas en moldes de cartno de plstico rgido con ranuras y agujeros paradetonador o cordn detonante.Cuando los envases o moldes estn diseados paradeslizarse por el cordn de la lnea de bajada del taladro,especialmente para cebar cargas espaciadas oescalonadas, se les denomina adicionalmente sliderprimer.Los reforzadores del primer tipo (cast primer) por sualta presin de detonacin y elevada velocidad, sonnormalmente empleados para arrancar slurries yemulsiones adems del ANFO.Los del segundo tipo, slurry primer, son preferentementerecomendados para iniciar ANFO, con ventajaeconmica por su menor costo, aunque tambin enciertas condiciones pueden aplicarse a los slurries yemulsiones.Los del tercer tipo, binarios, tienen actualmente muypoca difusin.Los del cuarto tipo, dinamitas, son adecuados paratodo tipo de explosivo incluyendo Heavy ANFO,preferentemente con detonador de retardo incorporadopara cargas espaciadas, aunque tambin inicianeficientemente a la carga de fondo.Podramos tambin mencionar al cordn detonante dealto gramaje empleado como cebo nico axial, peroconviene recordar dos aspectos negativos en su uso;contrariamente a los estimado, el ANFO no detonarcon la misma velocidad del cordn (7 000 a 7 500 m/s) sino que iniciar su detonacin en una infinidad depuntos en direccin perpendicular al eje del taladro,de donde su velocidad ser de bajo rgimen debido alcebado con muy baja energa en cada uno de estospuntos y al corto recorrido de los frentes de detonacin,que sern iguales o menores al dimetro del taladro.Otra desventaja ser la ausencia de cebo combinadoal fondo del taladro con la consecuente eventualidadde mala rotura en este punto, lo que adems puededar lugar a la formacin de los inconvenientes lomos(toes) en el nuevo piso del banco.El cebado mltiple con varios primer en una columnade carga integral no es siempre necesario ni brindaventaja adicional, ya que una vez iniciado el explosivopor el primero de ellos y alcanzada la presin de taladroen su rgimen constante, ya no depende del tipo ni delpeso de cebo que fue aplicado, mantenindoseconstante en todo el resto de la columna. Poner msde un booster slo sirve para contrarrestar una eventualfalla del primero, pero en los taladros con cargasexplosivas espaciadas (decks) s es necesario un ceboen cada carga, preferentemente retardados en formaescalonada. Eventualmente en taladros largos cargadoscon ANFO, se puede adicionar un cartucho de altoexplosivo a media columna, adems del cebo parareactivar la detonacin.La ubicacin del cebo en taladros con carga integralse reflejar en el resultado del disparo. Se recomiendacolocarlo al nivel del piso del banco y no en el sectorde sobreperforacin al fondo (subdrilling), lo quemejora el fracturamiento en este tramo, limita laformacin de lomos y disminuye la vibracin. Adems,si se ubica al fondo mismo del taladro, parte de suenerga la dedicar a romper la roca del fondo, loque no es su funcin.El cebado en la boca del taladro (top priming)practicado en algunas minas es inconveniente, puesincrementa la vibracin y la proyeccin de piedras. Eneste caso es indispensable sellarlo con taco inerte. Elcebado slo con un Primer normalmente ubicado alfondo del taladro se practica con buen resultado enformaciones de roca friable y poco resistente, perocuando se trata de fracturar roca dura y tenaz, o conpresencia de agua, es necesario emplear un cebocombinado; en este caso, por ejemplo, un termocebadoconstituido por un booster de 500 a 1 000 g y una de20 a 25 kg de un slurry o emulsin como Slurrex-E.SELECCIN DEL PRIMERPor lo general, el primer criterio es el precio unitario,que no siempre resulta adecuado. Por ejemplo; utilizarun cast primer de 150 g en lugar de uno de 500 g entaladro de 30 cm de dimetro cargado con ANFOresulta antitcnico. Lo que interesa es el resultado finaldel disparo por lo que en la seleccin deben primar: eltipo, su velocidad, nivel de energa o presin dedetonacin, su peso, sensibilidad al iniciador y sucapacidad de poder iniciar el explosivo del taladro asu ms alto rgimen de detonacin, desde el primerinstante.Usualmente se evala la fuerza, potencia o capacidadiniciadora de un booster mediante la prueba deperforacin de una plancha de acero de (12 mm)de espesor, midiendo el dimetro del agujero formadodespus del disparo, que en caso ptimo ser igual aldimetro del booster. En caso de poca fuerza noafectar a la plancha o solamente le crear unaconcavidad.OTROS CASOSPlastasEl cebado es crtico para obtener la mxima eficienciade las plastas y cachorros de voladura secundaria,teniendo en cuenta el pequeo tamao de la cargareceptora y el mnimo efecto til que ejerce sobre laroca. Este efecto debe consumir entre 10 y 20% deltotal de la energa producida por la detonacin de laplasta, perdindose el resto en el aire. Si el cebado esinadecuado se perder quiz hasta un 5% de ese efectoCAPTULO 796til, lo que es una verdadera prdida de energa y dedinero.Conviene anotar que al mencionar cebado, en plastasnos referimos directamente al fulminante o cordndetonante como iniciador.En las voladuras de gran volumen como es el caso delos desplomes de talud y de los calambucos en los queun pequeo tnel en T acomoda gran cantidad desacos de Examon o de ANFO, el cebo puede ser unmanojo de cartuchos de dinamita o varios primers tipoAPD colocados entre los sacos, programados paradisparo instantneo con dos o ms lneas de cordndetonante por precaucin. Para disparos en taladroscalientes, por precaucin se evita utilizar detonadoresprefirindose cordn detonante reforzado. La voladurasubmarina tambin requiere precauciones y tcnicasadecuadas para el cebado por la presin hidrostticay tiempo de sumergimiento. Normalmente se empleadetonadores elctricos y no elctricos especialmenteimpermeabilizados, y en ciertos trabajos detonadoresespeciales de presin. El uso de cordn detonanteimpermeable es limitado y la mecha de seguridadprcticamente no se emplea.En resumenVarios factores se toman en cuenta para seleccionarun cebo reforzador, pudiendo citar entre ellos a lacomposicin qumica, densidad, peso, dimensiones(especialmente dimetro), velocidad de detonacin ypresin de detonacin pico efectiva, ademsnaturalmente de las propias condiciones del taladro,como dureza de la roca, presencia de agua,temperatura, tipo de carga explosiva a detonar y eltiempo que pudiera quedar cargado el taladro antesde ser disparado (en algunos casos varias semanas).Como referimos anteriormente, la velocidad y presinde detonacin estrechamente relacionados con lapresin de taladro son tomadas en consideracin paraestimar el trabajo til del cebo, tenindose en cuentaque la velocidad es factible de determinarexperimentalmente, y que es un factor para calcular lapresin, que como sabemos es proporcional alcuadrado de la velocidad. Recientemente est ganandoimportancia el criterio de considerar como factorpreponderante a la energa total o calor de reaccinde detonacin del cebo, expresado en kcal/kg, quedepende de la propia naturaleza del cebo, y tambinel estimar el tiempo de la accin iniciadora sobre elagente de voladura, vinculado en el caso del ANFO ala reaccin con velocidades de transicin.Como ejemplo: un booster de 1,14 g/cm3 de densidady 4 500 m/s de velocidad, que puede generar 1 350kcal/cm3 y 1,45 de potencia (relativa a 1,0 del ANFO)lograr arrancar a una columna de ANFO hacindolallegar rpidamente a una velocidad estable dedetonacin de 3 000 m/s, mientras que otro boosterde mayor densidad y velocidad de 1,24 g/cm3 y 5 500m/s pero que slo genere 800 kcal/cm3 y 1,0 depotencia relativa, solamente lograr levantar lavelocidad estable de detonacin de este ANFO a bajorgimen, originando velocidades de transicin al iniciode la reaccin, lo que disminuir notablemente superformance de trabajo.CAPTULO 797El mayor tiempo de accin del slurry primer sobre lacarga a iniciar compensa el mayor pico de presin delcast primer (de mayor velocidad) produciendo igualaccin iniciadora a menor costo. Este mayor tiempo esideal para arrancar al ANFO, lerdo a reaccionar porsu naturaleza granular.En el primer tramo a bajo rgimen la energaproporcionada es baja y el rendimiento de trabajomnimo. Recin se traduce en efecto til en el tramorestante a alto rgimen de detonacin. Observando eldibujo se puede deducir que en un taladro confinadoesta merma inicial es insignificante, pero en una plastas es significativa; de ah que es conveniente compensaresta deficiencia con un iniciador suficientemente potente.CAPTULO 798INICIACIN DE EXAMON Y ANFOA diferencia de la dinamita, hidrogeles y emulsionessensibles al detonador, que contienen un elementosensibilizador propio, como nitroglicerina, aminas,glicol o microesteras, que garantizan la iniciacininmediata del explosivo, directamente en su rgimende velocidad de detonacin, los nitrocarbonitratosgranulares como el ANFO convencional, ANFOaluminizado y los ANFOs preparados como el Examon,por su condicin de agentes de voladura no sensiblesrequieren de un cebo potente y de masa suficiente parainiciarse debidamente en su rgimen de detonacin,de lo contrario, con un cebo dbil esta velocidad sertransiente, es decir, escalada por lo que el productocaer en rgimen de deflagracin con bajo rendimientode energa aplicable.Es importante que la velocidad de detonacin del cebosiempre sea mayor que la del ANFO (que va de 1 500a 3 200 m/s mximo) por lo que se recomiendaemplear cebos de alto explosivo (que van de 3 500 a7 000 m/s) cuanto ms alto, mejor.Es recomendable tambin sellar los taladros cargadoscon Examon o ANFO con taco inerte para fomentarmayor nmero de puntos calientes.El elemento sensibilizador en estos nitrocarbonitratoses el aire contenido en los poros de los grnulos oprills del nitrato de amonio. El mecanismo de iniciacinocurre cuando la onda de choque creada por el cebollega con enorme presin y velocidad hasta los poros,comprimiendo adiabticamente al aire contenido enellos y calentndolo hasta inflamarlo, originando puntoscalientes o hot spots.Estos puntos calientes en contacto con el nitrato oxidantey con el petrleo los inflaman, dando lugar al procesode combustin violenta.Si el cebo es adecuado se podr inflamar el mayornmero de poros simultneamente generando ladetonacin; por el contrario, si el cebo es dbil o demasa insuficiente slo se inflamarn unos cuantos porosdando lugar a deflagracin o peor an a simpleinflamacin.Lo negativo de una iniciacin dbil es que el productoslo podr otorgar una parte de su energa potencialde trabajo (40 a 60%) lo que es una real prdida, y lopeor es que se formar un mayor volumen de gasestxicos, nitrosos en especial.CAPTULO 799CAPTULO 7100CARGA DE TALADROLos mtodos de carga son diferentes para los taladros dedistinto dimetro. Por esta razn se acostumbra clasificarlos taladros de acuerdo al dimetro, como sigue:- De tamao pequeo: 50 mm (< 2) de dimetro.- De tamao medio: 50 a 100 mm (de 2 a 4) de dimetro.- De gran tamao: 100 mm (> 4) de dimetro,actualmente hasta 15 de dimetro.Los taladros de pequeo dimetro tienen con frecuenciauna profundidad limitada y son empleadosprincipalmente en operaciones menores de voladura debancos, zanjas, tneles y tajeos de mineral. Su inclinacinpuede ser vertical descendente hasta vertical ascendente,perforndose mucho los horizontales con mquinasjumbo pequeas y los inclinados con mquinasmanuales. Normalmente son cargados con altosexplosivos (dinamitas o emulsiones) emplendose varillasatacadoras de madera para introducirlos y compactarlosen los taladros. Se inician fundamentalmente con mecha-fulminante, detonadores elctricos y no elctricos (engeneral del N 6 hacia adelante) y se sellan con tacoinerte, preferentemente de arcilla.Los taladros de tamao medio se emplean mayormentepara voladura de produccin en minas subterrneas,en canteras y obras civiles perforndolos con mquinasgrandes tipo jumbo y con track drills. La inclinacin esusualmente vertical o casi vertical descendente, con unarelacin 3:1 recomendada para buena fragmentacin.Normalmente son cebados con alto explosivo y lacarga explosiva principal puede ser de alto explosivo oun agente de voladura normalmente granular. Si noson demasiado profundos pueden cargarse y atacarsecon varilla de madera (para dinamitas); de otro modose cargan a flujo libre con cargadores neumticosprovistos de mangueras antiestticas (para Examon oANFO). El encendido de frontones grandes se puedeefectuar con mecha-fulminante prendida con mecharpida; con fulminantes elctricos o con detonadoresno elctricos de shock. En canteras y pocas laboressubterrneas (como VCR) con cordn detonante.Los taladros de gran dimetro son aplicados paraoperaciones a gran escala en canteras y minas a tajoabierto. La perforacin es vertical o poco inclinada ylos explosivos empleados son normalmente agentes devoladura secos o acuosos (ANFO, slurries y emulsiones)cebados con primers o boosters de alto explosivo. Elagente de voladura puede ser cargado en cartuchosgrandes de polietileno (ejemplo: Slurrex) que se sueltanlibremente dentro del taladro; ser vertidomecnicamente al taladro con camiones mezcladoresde cargador sin fin (augers para ANFO y heavy ANFO)o ser bombeado con manguera directamente al fondodel taladro mediante un camin fbrica mezclador-bombeador (emulsin y heavy ANFO con ms de 50 a60% de emulsin).Para el primer caso es conveniente tener presente lasiguiente frmula usual para determinar la elevacinde nivel de agua al cargar los cartuchos de explosivosen un taladro de banco anegado:Hf = H0 x ()2 ()2 - (e)2donde:Hf : altura final del agua.H0 : altura inicial del agua (medida conwincha y flotador. : dimetro del taladro.e : dimetro del cartucho explosivo.El carguo con manguera al fondo del taladro desplazapaulatinamente al agua. La altura final puede serligeramente menor, por el mayor confinamiento.Los taladros con agua esttica suelen ser previamentedrenados con bomba y cargados con un agenteresistente al agua hasta la cota del nivel fretico(ejemplo: Slurrex-AP 60) y el resto de la columna conANFO previo taco inerte intermedio, el taladro se sellacon taco de detritos de la misma perforacin.Los taladros totalmente inundados se cargan slo conagente altamente resistente al agua (ejemplo Slurrex-AP 60, Slurrex-AP 80, Slurrex-EG) dejndose el aguacomo taco cuando la columna es baja, o sellndolocon detritos cuando la columna explosiva es alta. ElSlurrex tiene excelente comportamiento en agua activao surgente.Es importante para la operacin seguir las normas deControl de Calidad en todo el trabajo, que en sumayora son de criterio propio, pero contribuyen al buenresultado de la voladura una adecuada supervisin yla capacitacin del personal. Un error u omisin puedeprovocar un desastroso resultado en seguridad y unaprdida por mal rendimiento.Antes de comenzar la carga se debe chequear laprofundidad, inclinacin, espaciamiento y limpieza delos taladros, limpiar las obstrucciones y desaguarlospor bombeo o soplado con aire comprimido, si esto esposible. Los huecos demasiado profundos debenrellenarse hasta el nivel del proyecto. Tener cuidadocon los demasiado cortos por la proyeccin de piedras,siendo preferible profundizarlos o perforar un nuevohueco cercano (en este caso rellenar el abandonado).No debe perforarse ningn nuevo taladro si existe elriesgo de interceptar a otro cargado.Los taladros con agua deben cargarse con explosivoresistente a este elemento, previamente comprobado.Es muy importante el adecuado y cuidadoso tendidode los sistemas de iniciacin, de cualquier tipo quesean y la correcta distribucin de los cebos y tiemposde retardo por carga.CAPTULO 7101CAPTULO 71021. Mtodo ptimo con cebo al fondo del taladro(sin taquear), el resto de cartuchos taqueados,con tapn inerte.2. Similar, pero con cartucho cama al fondo (aveces ste no detona totalmente y queda untaco).3. Mtodo con el cebo en la boca del taladro,eventual, para casos especiales en los que nose puede cargar al fondo. Se recomienda noprescindir del tapn inerte para sellar el taladro.4.Cebado intermedio, tambin para casoseventuales. Es el menos recomendado ya quela carga de fondo puede insensibilizarse por elfenmeno de la hipercompresin y la cargahacia la boca recibe iniciacin indirectadisminuida.5. Cartuchos con espaciadores de material noslido (ejemplo: caa), cebo en la boca confulminante comn, detonador elctrico odetonador no elctrico y con tapn inerte.Alternativa: cordn detonante axial.6. Similar, pero con cartuchos sueltos, sinespaciadores, iniciados con cordn detonantea lo largo de todo el taladro.NotaLos esquemas de carga presentados y los que a continuacin se muestran para voladura en superficie son deaplicacin general en trabajos de voladura de tneles, tajeos, piques, canteras y otros, variando su longitud,dimetro y carga de acuerdo a la amplitud, condiciones del frente, roca y equipo de perforacin disponible.Naturalmente estos grficos son una gua prctica, al igual que los trazos de perforacin que se muestran en todoel texto, ya que en el campo se presentan muchas condiciones diferentes. El operador encargado del trabajo podraplicar el que le parezca conveniente, o disear uno propio que se adapte mejor a sus necesidades.ESQUEMAS DE CARGA PARA DINAMITASCAPTULO 7103CAPTULO 7104CAPTULO 7105CAPTULO 7106A. Carguo de emulsiones a granelEl uso de heavy ANFO en taladros con agua esttica,previo bombeo o no, para drenarlos, constituye unaalternativa importante que debe ser tomada en cuentapara la optimacin de la voladura.Cabe destacar que una de las ms recientes alternativastcnico econmicas es el reemplazo parcial o total delANFO por heavy ANFO de bajo contenido de emulsin(ejemplo: 30% emulsin y 70% ANFO) a granel entaladros secos, lo que permite una expansin de mallade perforacin del orden de un 30% y mejora lafragmentacin, disminuyendo el costo total deproduccin, ya que el Heavy ANFO tiene mayordensidad y potencia relativa por volumen que el ANFO.La metodologa de carga a granel de emulsiones yagentes de voladura directamente al taladro en bancosde tajo abierto o canteras, tiene como elementomecnico fundamental al camin cargador, que puedeser desde el modelo ms simple y de menor capacidad,como es un mezclador/cargador para preparar y verterANFO convencional (ANFO blend truck) o uno que slosea bombeador, con su tanque, bomba y manguera(pump truck) para abastecer emulsin pura, hasta losmodelos ms completos, sofisticados y de gran tonelaje(blend and pump trucks), que cuentan con tolvas dediferentes capacidades para nitrato de amonio,emulsin, aluminio en polvo y tanque de petrleo, condescarga tanto por manguera como por brazo sinfn,capaces de dosificar mezclas en diferentes opcionesde:- ANFO convencional.- ANFO aluminizado.- Emulsin/ANFO (heavy ANFO) en proporciones que pueden ir de 0 a 100 o viceversa.- Heavy ANFO aluminizado.- Emulsin pura.Los mecanismos que emplean los camiones para lamezcla de componentes y transportes del producto finalal taladro son de diversos tipos, segn el caso, por logeneral tornillos sinfn (augers) que pueden tenerdisposicin horizontal, inclinada o vertical, bombas deengranajes, de vanes, de diafragma, de cavitacinprogresiva y otras, conectados mediante sistemasreguladores y dosificadores controlados por el operadoren el mismo camin, quien regula y dosifica la mezclasmediante cuenta revoluciones, de acuerdo a la mayornecesidad de potencia que requieran los taladros enroca dura, o a la presencia de agua en los mismos,produciendo relaciones variables de emulsin-ANFO.Ejemplo: 10-90, 20-80, 60-40, 80-20.La descarga final se efecta segn las caractersticasfsicas del producto, sea bombeado con manguerahasta el fondo del taladro o vertido por la bocamediante brazos con tornillo sinfn, que pueden tenerdiferente ubicacin para:- Descarga posterior con brazo a nivel (accin de abanico).- Descarga posterior con brazo sobrecabeza.- Descarga frontal con brazo sobrecabezaSistema a seleccionar de acuerdo al mtodo de trabajoprioritario aplicado en la mina y a la distribucin delos taladros. Para los anegados:- Descarga por bombeo, con manguera.- Descarga por brazo sinfn y bombeo.Como referencia, vale la pena mencionar los dossiguientes aspectos resultantes de la experiencia deaplicacin de emulsiones en voladura:- Se considera que una emulsin requiere sersensibilizada cuando se va a emplear pura, o cuandose quiera preparar heavy ANFO que contenga msde 50% de emulsin.- La mezcla con menos de 50% de emulsin puedeno requerir emulsin sensibilizada si el disparo seva a realizar inmediatamente despus de efectuadala mezcla y hecho el carguo en los taladros.La resistencia al agua de un heavy ANFO puedeconsiderarse excelente en mezclas que contienen un60% o ms de emulsin.Actualmente EXSA S.A. fabrica los siguientes productospara los siguientes trabajos:- A granel, para carguo mecanizado:- - - - - Slurrex-MA- - - - - Slurrex-EG- Encartuchadas o embolsadas, en dimetros medianosa grandes, para carguo manual, como alternativa paralas minas que no disponen de camin mezclador-cargador, o para taladros difciles de alcanzar con elcamin, tambin para cargar taladros sumamentefisurados y anegados:- - - - - Slurrex-E- - - - - Slurrex-APB. Carguo en subterrneoEl carguo mecanizado de ANFO, Examon y otrosnitrocarbonitratos granulares en subterrneo, estampliamente difundido mediante cargadoresneumticos con capacidad desde 20 kg (porttiles)hasta ms de 2 toneladas (camiones articulados)basados en la inyeccin del explosivo al taladro conaire comprimido, regulado mediante una vlvulaventuri, incluso en los taladros largos sobrecabezadonde el producto se compacta y agarra bien; perocon la emulsin pura (en contadas excepciones) y conel heavy ANFO, hasta el momento es difcil aplicarloprcticamente, por varios motivos:CAPTULO 7107- An no hay productos adecuados y econmicos paracargarlos en taladros de pequeo dimetro (dimetrocrtico).- Requiere equipos de bombeo resistentes, seguros, dedimensiones adecuadas, fciles de operar y trasladar.- No siempre es posible aumentar la malla para sumejor performance, por la limitacin de espacio delos frentes de voladura.- Si el control de carguo con ANFO es difcil, con lasemulsiones es mayor, especialmente por los derramesque se producen.- A diferencia del carguo mecanizado en tajos abiertos,donde el volumen de explosivo y la rapidez songrandes, en subterrneo es difcil justificar la inversinen equipos, para cargar cantidades relativamentepequeas de explosivo, al menos por el momento.CAPTULO 7108109CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 8O 8O 8O 8O 8110111que se realiza con una bombita-explosor especial(Hercudet). En el sistema elemental el tren viene aser la misma mecha de seguridad.c. Al detonador, que comprende:1. Al elemento de retardo, que al recibir el impulsoiniciador a travs del tren de transmisin, lo retieneun tiempo determinado antes de transferirlo a lacarga sensible para producir su inflamacin. (esteelemento no existe en el sistema elemental, en elque los retardos de tiempo se dan solamente condiferentes longitudes de mecha y orden deencendido).2. A su carga iniciadora que comprende a su vez auna carga primaria sensible y a una carga base(secundaria o detonante), distribucin que es comna casi todos los detonadores comerciales. La cargaprimaria (azida de plomo, fulminato de mercurio osimilares) al recibir la llama o la onda de impulsoiniciador se inflama y hace detonar a la carga base,que es generalmente de pentrita, la que a su vezhace detonar a la carga explosiva que le rodea (ceboo prima).d. Al cebo, cartucho de dinamita, hidrogel, TNT uotro explosivo sensible que finalmente hacedetonar a la carga principal (carga del taladro).Esta serie de pasos se repite en cada taladro deuna voladura mltiple; de ah la importancia delas demoras minsculas de tiempo de encendidoentre cada taladro para lograr salidas secuenciales.El cebo o prima, que debe proporcionar una energainiciadora suficiente para que la columna explosivaprincipal pueda detonar a su rgimen, y as entregarsu mximo potencial para que la voladura de todoel frontn sea completa y eficiente.La iniciacin de cargas explosivas se efecta en dosformas:1. Encendido de cargas individuales aisladas, quepueden ser disparadas una a una en diferentesmomentos o todas a un tiempo.2. Encendido de cargas mltiples que no se disparansimultneamente sino siguiendo cierta secuencia, enlo posible con perodos precisos de demora entrecada tiro, en forma rotacional, lo que comoveremos ms adelante proporciona muchas ventajasen cuanto a fragmentacin, reduccin de vibracionesy menor consumo especfico de explosivo, y quepuede hasta cierto punto sincronizarse medianteel empleo de detonadores de retardo, elctricos yotros medios.Los medios originadores del impulso iniciador (llamay electricidad) y los elementos de los accesorios de lossistemas propios de iniciacin, se pueden combinar enciertas formas, formando cadenas de iniciacin,adaptables a cada condicin o tipo de voladura, comose muestra en el siguiente diagrama.CAPITULO 8MTODOS DE INICIACINPara que un explosivo pueda detonar es necesarioiniciarlo, lo que se efecta normalmente mediante losdenominados accesorios de voladura, que comprendena los fulminantes o detonadores, mecha de seguridad ymecha rpida, conectadores, retardadores, cordonesdetonantes, cables, explosores e instrumentos de controlcomo ohmnmetros y otros.La utilizacin de estos accesorios debidamenteseleccionados y combinados para cada caso, da lugara los procedimientos empleados para iniciar ladetonacin de una voladura, conocidos como mtodosde iniciacin o de encendido de explosivos, queusualmente se agrupan en:A. Sistema elemental o convencional de mecha lenta-fulminante; mejorado recientemente hasta ciertopunto con el encendido previo de las mechas decada taladro mediante la mecha rpida (ignitercord) y cpsulas conectadoras.B. Sistema elctrico convencional; con detonadoresinstantneos y de retardo estndarescomplementado con el sistema de alta resistenciaa corrientes estticas o extraas y con los sistemaselctricos especiales, como el Magnadet y los deexplosores secuenciales electrnicos.C. Sistemas no elctricos, del tipo Nonel y similares ylos cordones detonantes regulados porretardadores.D. Sistemas especiales para aplicaciones definidas,como los detonadores de concusin Domin paravoladura subacutica y otros.Los elementos bsicos de estos sistemas iniciadorescomprenden:a. La pega, se considera como elemento bsico almedio originador del impulso iniciador, que segnel mtodo ser la chispa o llama abierta de unfsforo o chispeador de friccin; la descargaelctrica producida por un explosor, sea de tipodnamo elctrico o de condensador; al efecto deimpacto de una pistola de arranque paradetonadores Nonel y similares, o el de un fulminanteconvencional para esos mismos detonadores y paralos cordones detonantes, que en la prctica sedenomina pega, chispeo, encendido, etc.b. Al tren de transmisin del impulso iniciador, que vadesde el punto de origen hasta el ncleo sensible deldetonador y que segn el tipo de sistema se efecta:1. Mediante alambres conductores (elctrico),2. Mediante mangueras plsticas muy delgadas yflexibles, cubiertas interiormente con un compuestopirotcnico sensible (no elctrico Nonel),3. Mediante cordones detonantes de muy bajo gramaje(Anoline, Detaline),4. Mediante mangueras muy delgadas llenadas conun gas inflamable y selladas poco antes del disparo112CAPTULO 8113APLICACIN DE LOS MTODOS DE INICIACINAunque realmente una voladura puede realizarse concasi cualquiera de los mtodos conocidos, stos en laprctica se agrupan como:A. Mtodos para voladura subterrneaFrontones de tneles, tajeos, piques, etc. que se resumena la preparacin de cebos de dinamita, de explosivohidrogel o emulsin de pequeo dimetro (22 hasta75 mm) con:a. Fulminante simple y mecha de seguridad; o fulminantesimple y mecha, ms mecha rpida y conectadores(en ambos casos se enciende con llama).b. Detonador elctrico instantneo o de retardo, cablede empalme y explosor. Encendido por descargaelctrica.c. Detonadores no elctricos tipo Nonel o similares,con empalmes de mangueras transmisoras o decordn detonante de bajo gramaje. Encendido conun fulminante simple, detonador elctrico o unapistola de fogueo especial.d. Cordn detonante simple, que acta directamentecomo detonador, con retardos exteriores demicrosegundo para dar secuencias de salida.Encendido con fulminante simple o detonadorelctrico (piques, voladura de crter invertido VCR,banqueo, etc.).B. Mtodos para voladura de superficieQue corresponden a la preparacin de cebos depequeos dimetros para taladros de cantera de 75hasta 150 mm, y de primers o cargas multiplicadoraspotentes para taladros de gran dimetro, de 150 a381 mm, en tajos abiertos.En canteras y obras de ingeniera:En canteras y obras de ingeniera:En canteras y obras de ingeniera:En canteras y obras de ingeniera:En canteras y obras de ingeniera:a. Cebos de dinamita con fulminante simple y mechade seguridad para taladros individuales y plastas,complementada eventualmente con mecha rpidapara mayor nmero de taladros.b. Cebos con detonadores elctricos y no elctricos,tambin cordn detonante con retardadoresintercalados, para voladura de varios taladrossimultneamente, sea que estn cargados conagentes de voladura granulares o con dinamita acolumna completa.En tajos abiertos, voladuras de produccin:En tajos abiertos, voladuras de produccin:En tajos abiertos, voladuras de produccin:En tajos abiertos, voladuras de produccin:En tajos abiertos, voladuras de produccin:c. Booster o cargas multiplicadoras de alta presin dedetonacin para iniciar agentes de voladura NCNgranulares, slurries y emulsiones en taladros de 100a 381 mm (4 a 15) en bancos y rampas. Conarranque mediante detonadores elctricos y noelctricos de retardo y ms frecuentemente porcordn detonante con retardos exteriores en lnea.Las cargas iniciadoras pueden ser de tres tipos:1. Cast primer; moldes de TNT, pentolita colados oprensados en diferentes dimensiones y pesos,usualmente denominados HDP (high detonationprimer) o cast booster.2. Slurry primer; hidrogeles generalmentealuminizados y emulsiones explosivas sensiblesal detonador simple, en bolsas de polietilenoselladas o moldes plsticos de diferentes pesos.3. Primer o booster con retardo incorporado; que seemplean principalmente en los taladros con cargasespaciadas (decks) los que permiten secuenciarlasa diferentes cotas (retardos en profundidad).En voladuras de rocas muy difciles, estos primerscon diferentes retardos en profundidad puedencombinarse con retardos en superficie, lo que permiteconjugar caras libres horizontales con caras libresverticales (retardos por filas, por taladros y enprofundidad actuando al mismo tiempo).Normalmente las conexiones de bajada dentro delos taladros son con cordones de baja potencia, de3 a 5 g como mximo, o con mangueras tipo Nonel,y en menor escala detonadores elctricos, de maneraque la carga de columna no pueda ser iniciadaprematuramente lo que anulara el efecto de losretardos en el hueco. Pero algunos operadores usancordones de 8 y 10 reforzados para resistir maltratoen taladros profundos de gran dimetro.d. Cordn detonante de gran dimetro y alto gramaje,como el de 80 y 120 g para iniciacin axial (a lolargo de todo el taladro, sin necesidad de un booster),aplicado para agentes de voladura granulares. Suefecto iniciador continuo proporciona velocidadesde detonacin ms bajas que las de rgimen dadaspor el cebado puntual con booster, produciendo msefecto de presin de gases que de impacto por loque su aplicacin es limitada, preferentemente arocas blandas y con muchas fracturas.C. Mtodos para voladuras bajo aguaPara iniciar plastas y taladros bajo agua mediante cebosde gelignita o de gelatinas especiales.a. Con detonadores elctricos acuticos, instantneoso de retardo, especialmente construidos para resistiraltas presiones bajo agua, con lneas de conduccinaisladas y selladas.b. Con cordn detonante para agua y retardos demilisegundo colocados fuera del agua (sobre balsaso en la orilla).c. Con detonadores de presin o concusin tipo dominpara el disparo simultneo de varios taladros o plastasmediante la detonacin de una carga explosivasuspendida en el agua; o tambin con un sistema deinduccin electromagntica que utiliza explosoresespeciales conectados a un detonador elctrico encada taladro, los mismos que se activansimultneamente mediante una corriente de excitacinproducida por un oscilador de alta frecuencia ytransmitida mediante una antena de lazo dispuestaen la superficie del agua sobre los taladros. Mtodosan experimentales y poco aplicados.CAPTULO 8114CAPTULO 8115CARACTERSTICAS DE LOS DETONADORESESPECIALES(del cuadro explicativo)(1) HRW, para uso en lugares con riesgo deconcentracin de cargas elctricas. Actualmente estnen uso [DN AG, NAB, Schaeffler y otros, denominadosinsensibles (I) y altamente insensibles (AI)].(2) EBW, el puente elctrico reemplaza a la cargaprimaria del detonador (azida), el mismo que iniciadirectamente a la carga base. Mayormente soninstantneos. Su empleo es an restringido.(3) SCB, el puente de alambre ser sustituido por unpequeo dispositivo semiconductor (chip) empastadoen fsforo, que al paso de una pequea corrienteelctrica provoca la explosin de la carga en slo unadiez millonsima de segundo, tiempo extremadamenterpido si se compara con las milsimas de segundoque demoran las resistencias de los detonadoreselctricos convencionales para calentarse hasta unos1 200 C y hacer explotar a la carga primaria. EstosSCB estn an en pleno desarrollo.(4) Los Magnadet se usan como cualquier otrodetonador elctrico excepto por su especial sistema deconexin con el circuito elctrico de disparo. CadaMagnadet comprende al detonador de retardo normal,sus alambres conductores y un conectador plstico quealoja a un pequeo transformador anular denominadotoroide, que tiene agujero central u ojal. Todos losdetonadores de un disparo se unen al conjuntomediante un simple alambre de cobre que pasa porlos ojales y se empalma con un explosor especial, queal ser accionado genera una corriente de alta frecuenciaque activa a los toroides por induccin, produciendoas la explosin de los detonadores. Las secuenciassern dadas por los elementos de retardo de cadadetonador. Al momento este sistema de ICI tiene pocademanda por su alto costo, pero es muy eficiente y seguro.(5) Los detonadores electrnicos actualmente endesarrollo (Dynamit Nobel y otros) no llevarn elelemento de retardo convencional. Sern activadossecuencialmente por medio de un explosor electrnicocomputarizado que tambin les dar los tiempos deretardo. Se estima su salida al mercado operativo encorto plazo para usos especficos debido a su mayorcosto inicial.(6) El sistema no elctrico LVST (low velocity signaltransmission), introducido recientemente por EnsignBickford Co., se caracteriza por su especial componentereactivo de baja velocidad, que permita extremaprecisin y mnima dispersin (menos de 2%). En estesistema el retardo est en el mismo tubo de transmisin,que se corta en longitudes de acuerdo al tiempo deretardo deseado. Por el momento slo se estempleando en superficie.(7) La principal caracterstica del Sistema EXEL ICI, essu elevada resistencia a la traccin y abrasin, 400%mayor que en los sistemas convencionales. Lamanguera plstica requiere 100 lb de tensin parallegar a elongacin y ruptura contra 20 lb en los dems.Su ncleo explosivo es de RDX-aluminio, con retardoLD, MS y tambin detonador instantneo, para uso entaladros profundos y abrasivos.(8) Sistema Hercudet, est formado por un explosorespecial conectado a los detonadores (instantneos ode retardo, entre 50 y 850 ms) mediante un fino tuboplstico flexible por el que se introduce una mezcla deoxgeno con un gas combustible llenando toda la lneadel circuito de taladros con el gas (este circuito puedeser comprobado midiendo la presin o la fuga del gas).La flama iniciadora se propaga a 2 400 m/s iniciandoa su paso a los detonadores, pero no al explosivo de lostaladros en contacto con el tubo, por lo que hace factibleel cebado al fondo (al contrario de los cordones de bajogramaje de los sistemas Anoline o Detaline con los quepuede iniciarse parte de la columna explosiva antes quela onda llegue al detonador del cebo).CAPTULO 8116CAPTULO 8117DESCRIPCIN SIMPLIFICADA DE LOSMTODOS DE INICIACINA. Iniciacin con mecha de seguridad (mechalenta, gua o estopn)Normalmente recomendada para iniciar cargassimples. Es an muy empleada en la pequea ymediana minera subterrnea y en obras de ingeniera,por su menor costo y por ser factible de utilizar porpersonal poco entrenado.Fundamento: consiste en hacer estallar a un fulminantemediante un dardo de llama transmitido por una mechade plvora.Sus elementos son:- La mecha de seguridad:Accesorio lineal flexible con ncleo de plvora negraforrado con material textil y cobertura plsticaimpermeable, que transmite por su interior a una llamacontrolada denominada dardo y el fulminante odetonador simple, instantneo, formado por una cpsulade aluminio con sus cargas inflamable y explosiva,abierta por uno de sus extremos para introducir la mechay ponerla en contacto con la carga inflamable.- La carga inflamable o sensible:Vara usualmente entre 200 a 300 mg de fulminato demercurio o azida de plomo, mientras que la cargaexplosiva o secundaria de PETN o nitropenta es de 500a 700 mg. Segn su carga total los fulminantes secategorizan por nmero: 4; 6; 8; 10; 12; etc.,comercializndose actualmente en mayor proporcinlos nmeros 6 y 8, siendo ste ltimo tomado comondice de la clasificacin de los explosivos en sensiblese insensibles (agentes de voladura).Los productos que EXSA elabora: Gelatina Especial,Semexsa, Exadit, Semexsa-E, Lurigel, Exagel-E, Exacorte,Exsasplit, Geodit son iniciables con fulminantes N 6 yN 8, no as los agentes de voladura Slurrex, Examon,Slurrex-EG y Slurrex-AP, que requieren un cebo.a. Ensamblaje de mecha-fulminante (engarce)Para asegurar su correcto funcionamiento debe tenersepresente que la unin de la mecha con el fulminantedebe ser efectuada con cuidado, utilizando alicatesencapsuladores especiales o mquinas fijadoras parasellar el empalme y evitar el ingreso de agua o polvohasta la carga explosiva, que es muy sensible a lahumedad. El forro plstico de la mecha la haceimpermeable pero sus extremos abiertos o cortadosno lo son, por lo que no deben mojarse. Por precaucincontra la humedad de mecha almacenada; se debecortar una o dos pulgadas del extremo antes deinsertarla en el fulminante.Como regla prctica se recomienda efectuar losiguiente al empatar la mecha-fulminante:- Realizar un corte recto y limpio de la mecha conuna navaja o herramienta afilada, para evitar elderrame de plvora o que queden hilachas. El cortedebe ser vertical, no diagonal.- Limpiar cualquier residuo de materia o de polvo enel fulminante.- Introducir la mecha hasta el fondo del fulminantedebiendo quedar en buen contacto con la cargaexplosiva (si queda espacio de separacinusualmente falla el encendido, debido a que se creauna cmara de contrapresin de gases que extingueal dardo de llama que deba activar a la cargaexplosiva).- Realizar la unin cuidadosamente, apretando bienpero sin exceso con el alicate fijador, para noestrangular la mecha y obtener un buen engarce.- En el caso de tener que trabajar en taladros conagua y no disponer de detonadores especiales,aislar la unin entre el fulminante y la mecha congrasa o pintura aislante adecuada, y disparar en elmenor tiempo posible.- Evitar el maltrato de los fulminantes; puededesprenderse la carga activa o puede estallar.b. EncendidoLa mecha puede ser encendida con fsforo, o medianteencendedores especiales de chispa.Cuando se trabaja con este sistema, el disparo de unaspocas cargas aisladas puede efectuarse indistintamente,pero cuando se trata de un nmero mayor el encendidodeber ser rotacional, lo que se logra por dos medios:- Por el chispeo individual y ordenado de cada carga(timing o secuenciado).- Por medio el chispeo nico de un extremo de mecharpida, la que se encargar de encender a todaslas cargas en forma secuente.Para el encendido rotacional se deben tener presentestres reglas importantes:1. Los cebos armados deben ser ubicados al fondo delos taladros.2. El tiempo empleado en encender toda la ronda debeser tal que todas las mechas deben estar ya encendidaspor dentro de la boca de los taladros antes de queexplote la primera carga, para evitar tiros cortadospor deterioro de las mechas con las rocas volantes.3. El operario que est encendiendo varias mechasdebe mantenerse alerta, tanto para mantener elorden previsto como para controlar su tiempo deescape. As, como medida de seguridad, en cadavoladura se acostumbra prender simultneamentecon la primera carga una mecha o gua de aviso,de unos 60 cm (2 a 3), ms corta que la mechade menor longitud empleada en la voladura, demodo que al terminar de quemarse la mecha de avisoindica el tiempo mnimo disponible para el escape delos trabajadores (unos 52 s/pie). En algunos pasesest prohibido usar mecha menor de 1 m.CAPTULO 8118Como norma de seguridad la velocidad de quemadode la mecha debe verificarse peridicamente medianteun cronmetro, encendiendo varios tramos de longitudexacta (1 m o ms) y controlando el tiempo quedemoran en consumirse, segn el fabricante. La normanacional limita entre 150 a 200 s/m de longitud ( 50s/pie) con una dispersin de 5 a10%.El timing o encendido rotacional directo se consiguede las siguientes maneras:- Utilizando mechas de igual longitud para todos lostaladros, las que se chispean una tras de otrasiguiendo un orden de acuerdo a la distribucin detrazo de voladura: Primero los taladros del corte oarranque, luego los de ayuda, despus los cuadroso flancos seguidos por las alzas o del techo yfinalmente los arrastres al piso.- Utilizando tramos de mecha de diferente longitud(generalmente una pulgada de diferencia entre tiroy tiro) previamente cortados y ensamblados,correspondiendo los ms cortos a los taladros dearranque.- Cortando en diferente longitud a las mechas quesalen de los taladros despus que stos han sidocebados, cargados y taqueados, entendindose quetodas originalmente han sido de igual longitud. Elorden de salidas se obtiene por estos cortes y por elchispeo en el orden en que uno desea que salganlas cargas.c. Mecha rpida (igniter cord) y conectoresUtilizado para el encendido de voladuras de grannmero de taladros con mecha de seguridad yfulminante. La mecha rpida es a la vez un accesoriode ignicin y retardo que permite con un solo chispeoasegurar el encendido secuente o en rotacin de unaserie de mechas con un orden de salidas preestablecido,que se controla con la longitud de mecha rpida entrecada conectador; es decir, con el espaciamiento entrecada mecha de taladro a encender.La mecha rpida consiste de un alambre delgado yflexible recubierto con un compuesto pirotcnico quetiene determinada velocidad de quemado, que a suvez est forrado con hilo nylon o plstico para darleresistencia e impermeabilidad.Los conectadores consisten de una casquillo dealuminio o de cobre similar al fulminante y con lamisma dimensin interior, que igualmente tiene unextremo abierto para introducir la mecha de seguridady el otro cerrado, donde contiene una cargainflamable.En este extremo cerrado tienen un ojal o un corte lateralpara pasar la mecha rpida y sujetarla ponindola encontacto con la carga inflamable.d. EnsamblajeEl conjunto iniciador comprende entonces al tramo demecha de seguridad que en un extremo tiene unfulminante y en el otro un conector. El fulminante seintroduce en un cartucho para formar el cebo quedandolibre el extremo del conector.Una vez que todos los taladros han sido cebados ycargados, sobresalen las mechas con sus respectivosconectadores. La mecha rpida se inserta en cadaconector siguiendo un orden rotacional de salidas. Alencender el extremo de la mecha rpida sta encendera su turno a cada conectador y stos a su vez a cadamecha lenta del disparo. Esto permite encender todala voladura con una sola operacin dando mayortiempo y facilidad de escape al operador, a la vez quepermite establecer una secuencia de salidas quiz nomuy exacta pero funcional, que puede ajustarsevariando las distancias entre conectadores y en algunoscasos empleando tramos de mecha rpida de diferentevelocidad de ignicin.Al igual que ocurre con el empate del fulminante-mechaes importante el correcto engarce del conectador paraun seguro encendido de la mecha; de la misma manerael ajuste de la mecha rpida-conector debe ser bienefectuado, sin apretar demasiado ya que la mayor partede los cortes de transmisin con el correspondiente tirofallado ocurren en estos empates.Como referencia histrica, la mecha de seguridad fuedesarrollada por W. Bickford en 1831 y el fulminantesimple por A. Nobel en 1867, quien tambin desarrollla dinamita basado en nitroglicerina.El encendido con mecha est siendo sustituido por lossistemas elctricos y no elctricos de retardo, pero antiene bastante campo de aplicacin en plastas aisladas,canteras, tajeos de mineral pequeos, vetas estrechas,galeras y tneles de menor seccin.e. Normas para el uso de mecha rpidaEl empleo de este accesorio en frontones esrelativamente simple, pero se deben tener en cuentaalgunos aspectos.Las de mayor velocidad (10 a 15 s/m) normalmentese usan en frentes con taladros bastante espaciados,1,20 a 2,50 m. Las normales (25 a 35 s/m) en tajeosintermedios y las de baja velocidad (40 a 60 s/m) ensocavones, cruceros, realces, etc., con taladros muycercanos, y donde se requiere clara definicin de tiempoentre los arranques y ayudas. Si slo se dispone de untipo se tendr que jugar con espaciamientos entreconectadores.En forma primordial se tiene que evitar un corte en elavance de quemado, pues esto anular el encendidoCAPTULO 8119de parte de la voladura, malogrndola. Para ello esnecesario:- Asegurarse que el fulminante y conectador de cadatramo de mecha de seguridad estn debidamenteengarzados antes de introducirlos, con el cebo ensus respectivos taladros.- Los empalmes de la mecha rpida deben estarcuidadosamente entorchados. Al devanarla de sucarrete se evitar la formacin de lazos o nudos yque se quiebre el ncleo, para evitar cortes dequemado o que penetre humedad.- Los conectadores debern estar adecuadamenteespaciados y bien asegurados (sin apretarlosdemasiado).- Los tramos de empalme de mecha rpida debenestar separados de la pared y entre s, ya que seproducirn cortes si se cruzan, esto especialmenteentre los taladros de arranque y de ayuda que estnmuy cercanos.Por seguridad, es necesario que la chispa del ltimotaladro se encuentre an dentro del mismo cuando estexplotando el primero para evitar que algn fragmentopueda cortar la lnea en combustin, por lo que esnecesario determinar la longitud necesaria de mecharpida para conectar todos los taladros del disparo, loque se puede estimar por clculo, como sigue:Ejemplo de clculo para determinar la longitud demecha rpida para encender un disparo en tajeo contaladros de 2,40 m (8) con guas de mecha deseguridad de 3 m (10), teniendo en cuenta que lavelocidad de la mecha de seguridad es de 145 s/m(45 s/pie) y de la mecha rpida de 35 s/m (10,9 s/m).- Tiempo de quemado de la mecha de seguridad portaladro:3,00 m x 145 s/m = 435 s- Tiempo de quemado del tramo de 0,60 m (2) demecha de seguridad que sobresale del ultimotaladro:0,60 m x 145 s/m = 87 s- Tiempo efectivo de quemado disponible dentro delltimo taladro, es decir para el avance de la mecharpida en total:435 - 87 = 348 s- Longitud de mecha rpida necesaria para el disparo:348 s = 9,94 = 10 m 35 s/mTeniendo en cuenta que la distancia de empalme entreun conectador y otro como mnimo es de 0,15 m, eneste caso tericamente se podra disparar hasta 10,0/0,15 = 66 taladros. Pero esto depender de lasecuencia que se quiera dar a las salidas y del nmeroreal de taladros programados para el frontn. Si fueran,por ejemplo, 45 taladros la distancia promedio serde 10/45 = 0,22 m, vlido para todos los taladros dela voladura menos para los que necesitan arranquesdonde los conectadores debern ser iniciados en formasimultnea.Los disparos de frontones con arranque por cortequemado usualmente son los ms complicados,incrementndose los problemas cuanto mayor rea ynmero de taladros tengan, por lo que en estos casoses conveniente dividir el frontn en tres tendidosindependientes: arranque, parte superior y parteinferior, unidos en un solo punto, que debe sercoincidente con el inicio del de arranque y con el puntomedio aproximado de los otros dos.Los ms simples son los disparos de zanjas o de tajeoscon cara libre por un extremo, en los que la mecharpida se coloca al centro y a lo largo del disparo,empalmndose los taladros lado a lado a igualdistancia entre conectadores.CAPTULO 8120CAPTULO 8121EJEMPLOS DE SECUENCIADO DE SALIDAS CON MECHA DE SEGURIDAD(SECUENCIAS)54321 (ARRANQUE)CORTES (CORTE)(SECUENCIAS)CORTES A IGUAL ESPACIADO CORTES NICOS POR MANOJOSEncendido de la mecha deseguridad (c) mediante elconectador (b) activado por lallama de la mecha rpida (a)1) Empalme con alicate engargolador2) Empalme con mquina fijadoracba1 2FORRONCLEO DEPLVORAMECHA DE SEGURIDAD: FULMINANTE SIMPLE:CASQUILLOCARGA BASECARGA SENSIBLECORRECTO INCORRECTOSGARGANTA DE AJUSTE (ENGARCE) ESPACIO VACO CORTE DIAGONALDE RANURA DE OJAL (CORTE)CONECTADORES FULMINANTES (CORTE)CORRECTO ENSAMBLE DEL CARTUCHO CEBO:DEBE TENERSE EN CUENTA QUE EL DOBLEZPUEDE SER UN PUNTO DE ESTRANGULAMIENTO Y CORTEPunto de encendido(fuego) Mecha rpidaFulminanteMecha lenta (145 s/m)ConectorEMPALMES MECHA - FULMINANTE SIMPLEf. PrecaucionesLa mecha rpida podra encenderse accidentalmentepor impacto o friccin debiendo evitarse golpearla conpiedras, barrenos o herramientas metlicas. Losempalmes; debido a su mayor concentracin de carga,al igual que nudos voluminosos, flamean con fuerzapudiendo alcanzar a encender tramos muy cercanosque an no deben ser iniciados. Puede causarquemaduras serias, su forro plstico la impermeabilizapara contacto con el agua, pero en almacenajeprolongado puede humedecerse el ncleo si no estbien protegida.CAPTULO 8122B. Iniciacin con cordn detonante(mecha detonante, mecha explosiva)a. FundamentoConsiste en disparar directamente una o varias cargasexplosivas mediante la detonacin de una mecha dealto explosivo que las une.El cordn detonante es una carga explosiva linearflexible que tiene un ncleo de alto explosivo,usualmente pentrita o PETN, forrado, con hilos dediferentes materiales segn el propsito de uso delcordn y recubierto con material protector plstico,como PVC, nylon, tefln y otros, que le permitenflexibilidad, facilidad de atar, resistencia a humedad,abrasin y ruptura por traccin.El cordn detonante se clasifica de acuerdo a su contenidode explosivo por metro de longitud, fabricndose de 1,5;3 y 5 g/m para iniciar explosivos muy sensibles, 8, 10 y12 g/m para lneas troncales e inicio de multiplicadores;20, 40 y 50 g/m para prospeccin ssmica; 80 y 120 g/m para iniciacin axial y para voladura de contorno. Laclasificacin inglesa se expresa en grain/pie, cuyaequivalencia es; 1 g/m = 4,7 g/pie.Detona con velocidad constante, entre 6 000 y 7 500m/s segn su tipo y se inicia por medio de un detonador,no con llama. A su vez acta como iniciador de lamayora de explosivos, recomendndose su empleo enlos siguientes casos:- Donde el encendido elctrico es peligroso o no estpermitido por condiciones atmosfricas o corrienteselctricas parsitas.- Para la iniciacin de taladros profundos, o decondiciones difciles para el empleo de accesoriosdelicados.- En voladura de hileras mltiples, con retardo entrehileras mediante el uso de rels o retardadores paracordn.Se ha generalizado en las canteras y minas de tajo abierto.Por su eficiencia y facilidad de operacin, permite aplicardiferentes trazos de perforacin y encendido.En subterrneo se aplica en algunos disparos defrontn, tajeos de mineral y chimeneas. El sistema deencendido de una voladura con cordn detonantecomprende los siguientes elementos:1. Detonador de inicio.2. Lnea principal de cordn (troncal) tendida a lo largode toda la voladura.3. Tramos laterales de cordn (derivaciones)amarrados a la troncal, que la unen a los booster(multiplicadores) dentro de los taladros, o a otrasvoladuras colaterales (como rotura secundaria depedrones) y por ltimo.4. Los retardos o delays que se colocan entre lostaladros y la troncal para dar la secuencia de salidasen milisegundos.Usualmente en la troncales se usa cordn de 5 g/m, yen las derivaciones de bajada a los huecos el tipo 10g/m reforzado, ms resistente al maltrato y ruptura.En canteras menos exigentes, obras viales y trabajossubterrneos se est generalizando el empleo de losde 3; 5 y 8 g/m.CAPTULO 8123Para asegurar el arranque y continuidad de todo eltendido de cordn se recomienda hacer lo siguiente:- Efectuar los empalmes o conexiones en ngulo recto.- Mantener una distancia no menor de 20 cm entrelneas paralelas, para evitar cortes.- Mantener una distancia mnima de 1 m, entre unelemento de retardo y la lnea paralela, o la bocadel taladro.- No hacer lazos ni torceduras al cordn, pues estosefectos cortan la transmisin de la onda explosiva.- Empalmar adecuadamente los retardos para evitarcortes.Para iniciar la troncal se coloca el detonador pegadoaxialmente al cordn, y su base orientada en direccina la mayor longitud del cordn (transmisin directa),asegurndolo con cinta aislante.Con cordn detonante se pueden iniciar directamentedinamitas e hidrogeles, mientras que los agentes devoladura como Slurrex, Examon, ANFO y emulsinrequerirn de la ayuda de un cebo o boosterespecialmente en dimetros grandes de taladro.Cuando los taladros se cargan con dinamita no esnecesario el empleo de fulminante ya que el cordnacta directamente como detonador.El cordn detonante proporciona un sistema muy seguropara iniciacin por su baja sensibilidad a detonacinprematura o accidental sea por efecto de calor, friccin,electricidad esttica, relmpagos y otros.Sin embargo, tratndose de alto explosivo, no se ledebe considerar totalmente inmune a un estmuloviolento suficientemente capaz de activarlo, comoimpacto con la broca de perforacin, golpe por cadade una roca, rayos o maltrato intencional.b. Retardos para el uso con cordn detonanteLos retardos (delays) para voladura secuencial concordn detonante son de varios tipos y se interponenen la lnea de modo que la onda que viene con unavelocidad constante (digamos de 7 000 m/s), se retrasaun tiempo determinado al pasar por el elemento deretardo perdiendo velocidad, para continuar por eltramo siguiente de cordn nuevamente con la velocidadde 7 000 m/s. Se empalman directamente en losextremos libres de cordn, fijndose con clavijas o apresin.Los ms corrientes usados tienen retardo de 5; 9; 17;25; 35; 50 y 100 ms, que pueden ampliarseintercalando diferentes retardos en la misma lneasumando sus tiempos.Para casos especiales conviene tener presente que uncordn con 7 000 m/s de velocidad presenta un retardoen s de 143 microsegundos por metro de longitud,que en la prctica no se toma en cuenta.CAPTULO 8124CAPTULO 8125CAPTULO 8126c. Efectos del cordn detonante sobre la cargaexplosiva de un taladroEl cordn detonante pasante a lo largo de la columnaexplosiva de un taladro cargado con un agente devoladura no sensible (ANFO-hidrogel-emulsin) nodebe alterarlo y slo iniciar al cebo o booster, pero sino es el rango de energa adecuado puede afectarlode dos maneras:1. Si es mayor que lo necesario puede quemar alexplosivo hacindolo deflagrar y eventualmentehasta provocar su detonacin prematura antes deque arranque el cebo, lo que afecta directamenteal rendimiento del disparo por reduccin de carga.Esto se previene asegurando que el gramaje del cordnen relacin con el dimetro de la carga no provocarsu deflagracin, considerando como gua lo siguiente:Dimetro de carga Carga mxima del cordn(mm) (g/m)50 a 125 (2 a 5) 10125 a 203 (5 a 8) 25203 a 381 (8 a 15) |502. Por el contrario, si el cordn no tiene suficienteenerga para llegar a causar la reaccin delexplosivo pero s la suficiente para deteriorarlo,provocar un efecto de precompresin denominadopresin de muerte que eleva la densidad delexplosivo hasta el punto de llegar a insensibilidad adetonacin con el cebo.Para el ANFO, un cordn de medio gramaje slocrea un rgimen de detonacin dbil o iniciacinparcial de la carga, cuando ha tenido suficienteenerga para comprimir los espacios vacos y triturarlos grnulos de nitrato de amonio. En los hidrogelesy emulsiones provocar el aplastamiento de lasburbujas y micro esferas generadoras de los puntoscalientes (hot spots) que les proporcionan sensibilidada detonacin, por lo que tampoco llegar a crearseuna onda de detonacin estable cuando trabaje el cebo.El cordn puede ubicarse al centro o pegado a lapared del taladro lo que tambin tendr influenciaen la severidad del efecto de insensibilizacin. Enrazn de este fenmeno es que como recomen-dacin general no deben utilizarse cordonesdetonantes en taladros de pequeo dimetro conexplosivos de baja sensibilidad. Como ejemplo, uncordn de 20 g/m en un taladro de 50 mm puedeoriginar hasta un 40% de prdida de energa dedetonacin (slo sera aplicable como una formade voladura amortiguada).C. Iniciacin con sistema elctrico convencionaly secuenciala. FundamentoLa iniciacin elctrica se basa en la inflamacin de lacarga explosiva sensible del detonador mediante elcalentamiento hasta incandescencia de una pequearesistencia elctrica de puente, comnmente denominadagota pirotcnica. Se ocasiona, por tanto, mediante laconversin de electricidad en calor.Tiene la ventaja de que cada detonador por separadoy el circuito completo pueden ser comprobados antesde realizar la voladura, adems de que a diferenciade la iniciacin con mecha y fulminante se tiene avoluntad y bajo control el momento preciso de ladetonacin, que puede ser simultnea para un grannmero de tiros mediante detonadores de accininstantnea o, por lo contrario, deteniendo cada tirointervalos de tiempo muy exactos y cortos, mediantedetonadores de accin retardada, lo que esfundamental para voladuras de magnitud.El esquema de encendido elctrico corresponde a laubicacin escalonada de diferentes detonadores detiempo en una voladura, siendo de gran importancia,como en todo proceso de iniciado, que loscorrespondientes a los taladros de arranque salganprimero, y el resto en orden secuente para obtenersalidas sucesivas conforme al diseo de disparo.Para comprender los requerimientos del mtodo debentenerse en cuenta algunas particularidades de susimplementos y principios de la corriente elctrica. Paracalentar la resistencia se requiere de cierta potencia(tensin, voltaje) y de un determinado tiempo deaplicacin de la corriente elctrica iniciadora.La ley de Ohm, principio fundamental de laspropiedades del circuito elctrico en sntesis, dice: Enun circuito elctrico, el flujo de corriente en ampereses igual al cociente del voltaje aplicado dividido por laresistencia, en Ohmios ().I = V/Rdonde:I : corriente, en amperios (A).V : voltaje de la fuente de corriente, envoltios (V).R : resistencia del circuito, en Ohmios ().Que tambin puede expresarse como:V = I x R R = V / IEsta ley permite determinar si la potencia de un explosores suficiente para activar todo un circuito determinado.La resistencia puede ser calculada o medida.La definicin prctica de estas propiedades es lasiguiente:1. AmperajeEs el rango o cantidad de flujo de electricidad en uncable o conductor, medido en amperios (A), (lasemejanza de un flujo de aire que se mide en metroscbicos por minuto).CAPTULO 81272. VoltajeEs la cantidad de presin o tensin elctrica en voltios(V) en un conductor, (corresponde a la presin en kg/m2 en un sistema hidrulico o de aire comprimido).3. OhmiajeDefine la resistencia que presenta al conductor al pasode la corriente elctrica. Esta resistencia depende deltipo de material del conductor y del rea de su seccin.Estas leyes permiten tambin calcular la energaelctrica transformada en calor, segn la frmula:Ec = I2 x R x t, en mW.s,o tambin,H = I2 . R . tdonde:H : calor, en Joule (j).I : corriente al detonador, en Amperios (A).R : resistencia del detonador, en Ohmios (W).t : duracin de la corriente, en segundos (s).mW.s : miliwatio segundoBajo condiciones normales de encendido este calor sedisipa fcilmente pero si se aplica exceso de corrientedurante un tiempo que resulte demasiado largo, el calorno puede disipar pudiendo originar un arco elctricoque malogre la cpsula del detonador o altere el tiempodel retardo (demasiado lento o demasiado rpido) loque resulta en un tiro fallado. As pues, para lainiciacin elctrica no es conveniente muy baja o muyalta corriente de encendido.Por lo general, fallas por arco elctrico son msfrecuentes con detonadores de retardo conectado enparalelo y activado mediante una lnea de fuerza, enla que presenten variaciones de voltaje o unasobrecarga en el momento mismo del disparo.b. Elementos bsicos del circuito de iniciacinelctricaTodo circuito de iniciacin elctrica comprende treselementos bsicos:1. La fuente de energa.2. Los alambres conductores que conectan la fuentede energa con los detonadores.3. Los detonadores elctricos.1. Fuente de energaPueden ser bateras, red de energa elctrica yexplosores. El nmero de taladros factibles de dispararen una voladura est limitado por la capacidad desuministro de energa de la fuente.Las bateras slo se emplean para disparos pequeoso eventuales presentando la posibilidad de fallas porbajo voltaje. La red de energa (AC o DC) local convoltajes de 110 a 440 V tiene aplicacin restringida,generalmente en minas subterrneas como instalacinpermanente, con dispositivo de proteccin contra tiroscasuales prematuros o fallas en los disparos las lneasdeben suministrar un mnimo de 1,5 A a cadadetonador del circuito. Como en la corriente alternade la red los valores de tensin varan con un ciclo detiempo de 20 ms, no se sabe en realidad con quintensidad de energa se activa el disparo, razn porla que son ms confiables los explosores.Explosores (blasting machines)Su capacidad o potencia debe ser mayor a la resistenciatotal del circuito encendido en por lo menos un amperiopara garantizar el disparo completo.Para determinar la energa total disponible (E) en elexplosor se puede aplicar la relacin:Ec = (1/2) C x V2donde:C : capacidad en faradios del explosor.V : tensin en voltios que alcanza el condensadoren el momento del disparo.Puede ser de tipo: Dnamo elctricoExplosores convencionales que tienen un pequeogenerador de corriente continua con autoexcitacinactivado, manualmente mediante una manivela oresorte, utilizados para disparos pequeos en serie.La energa que suministran depende de su correctaoperacin; es decir, que su eficiencia en gran partedepende de la habilidad y experiencia de operador.Los ms pequeos a manivela tipo Twist tienencapacidad para 10 detonadores. Los de palancaen T (tipo push-down) hasta 50 en serie y 200 enserie-paralelo. CondensadorExplosores convencionales para disparos de grannmero de detonadores o para detonadores de altasensibilidad, en los que un generador de corrientealterna, accionado por la manivela cargaelectricidad a un condensador cerrndose el circuitocuando se alcanza la tensin adecuada, que esdoblada despus de rectificada por un montajeelectrnico, producindose la descarga al circuitode disparo a su nivel mximo en un tiempo muybreve. Pero slo al momento de presionar el botnde activacin cuenta con sistemas de seguridad queno permiten el disparo si no hay carga suficiente osi se quita la llave de seguridad. Una resistenciaespecial absorbe la carga si sta no es utilizada enun tiempo determinado. Puede trabajar en casicualquier condicin ambiental y encender hasta unmillar de detonadores o ms con un solo impulso.CAPTULO 8128Se fabrican dos clases de condensadores:- Para conexiones en serie, con capacidad de 50a 500 detonadores insensibles, con voltaje enbornes hasta 6 000 V, siendo los ms utilizadosen subterrneo los de 100 detonadores, 1 500V.- Para conexiones en paralelo, con capacidadhasta 100 detonadores insensibles, con voltajeen bornes hasta 1 400 V especialmente paralabores donde existe agua como en piques ypozos profundos.El rango de rendimiento para la conexin enparalelo frente a la de serie puede llegar a 150A. Ambos tipos de explores pueden seradaptados para encender hasta 400detonadores en un disparo. SecuencialUtilizado para voladura de gran nmero de taladrosdonde la serie normal de detonadores elctricospueden crear una limitacin tcnica, o cuando seusan detonadores de distintos nmeros de retardosdentro de cada taladro en cargas espaciadas. Conexplosor tipo secuencial que consta de una unidadexplosora y un equipo electrnico con temporizadorse puede energizar hasta 10 circuitos independientesa la vez y en cada uno de ellos puede programarseel encendido de detonadores con salidas conincrementos de 1 ms, entre 5 y 999 ms, con un totalentre 10 y 10 000 detonadores (de 1 a 1 000 porcircuito, con diferentes tiempos).Tambin hayexplosores adecuados para detonadores como losMagnadet, o los de puente electrnico. Los exploresse deben comprobar peridicamente mediante unrestato especial, adecuado para cada modelo deaparato.2. Alambres conductores que conectan la fuentede energa con los detonadoresNormalmente son:1. Los alambres del detonador (leg wires), de longitudentre 1,20 a 6,50 m (48 a 255) segn laespecificacin, para trabajos especiales como los deprospeccin sismogrfica estos alambres conductorespueden tener hasta mas de 30 m de longitud.Normalmente son de cobre o hierro estaadorecubierto por material plstico, delgado, entre 0,5y 0,6 mm (22 a 24 AWG). Modelables son resistentesentre 0,5 a 0,08 W/m (cobre) y entre 0,32 a 0,50W/m (hierro).2. Alambre de conexin (connecting wires) utilizadospara empalmar y extender los alambres del circuitode detonadores hasta la lnea de disparos puedenser simples o mellizos, del N 20 (cobre) o N 18AWG (hierro/aluminio) bien aislado con vinil, conresistencias de 0,020 a 0,032 W/m y de 0,20 a0,12 W/m (o de 10,30 W/1 000 pies en amboscasos). En algunas canteras y obras civiles se usanicamente un cordn bipolar N 18 con resistenciade 0,020 W/m - 6,4 W x 1 000 pies (shot firing wire).3. Alambre de lnea de tiro (blast wire line),generalmente permanente, une al explosor con lalnea de conexin. Puede ser mnimo del N 14(cobre) o N 12 (aluminio) aislado, con resistenciaaproximada de 2,6 W x 1 000 pies (0,008 o W/m).La resistencia del cable disparo se calcula con larelacin:R = L/K x qdonde:R : resistencia, en W.K : conductibilidad elctrica en m/W.mm2.(hierro = 7,1 m/W.mm2;cobre = 56,0 m/W.mm2)L : largo del cable, en m para los cables de ida yvuelta.q : seccin del conductor en mm2La conexin del detonador no debe tener una resistenciams alta que 5 W/100 m del largo normal deconduccin.A mayor nmero de empalmes de unin habr mayorresistencia en el circuito y mayor posibilidad de fugasde corriente y fallas. No est de ms recordar que porseguridad los extremos libres de los alambres de losdetonadores deben mantenerse siempre empalmados(en shunt o cortocircuitados) hasta el momento de suempleo en el disparo, para evitar el ingreso de corrienteesttica que puede activarlos por accidente. Parafacilitar el tendido, los conductores de los diversos tiposde detonadores tienen colores de identificacin distintospara cada serie, tipo y fabricante.3. Detonadores elctricosConsisten de un casquillo o cpsula cilndrica de 35 a65 mm de longitud y entre 5 a 8 mm de dimetro segntipos y marca, con un extremo cerrado y el otro abiertopor el que salen dos alambres elctricos aislados quepasan por un tapn antiesttico impermeable. Fabricadosde aluminio (uso general y ssmica), cobre (para minasde carbn), hierro y papel parafinado (uso limitado).1. En su interior contienen los siguientes elementos:. Un conjunto inflamador electro pirotcnicoultrarpido que comprende a un pequeo puentede resistencia elctrica con filamento de Ni-Crdirectamente empalmado con los alambresconductores y contenido en un material resinoso oinflamable denominado mixto pirotcnico viscoso,comnmente llamadagota pirotcnica. Un elemento de retardo formado por una barritade dimensiones precisas, formada por un compuestoCAPTULO 8129qumico especial, el que al inflamarse la gota sepresenta y quema en forma muy homognea, conun tiempo de combustin exactamente determinadapara cada caso en particular. Este elemento no existeen los detonadores de tipo instantneo. Una carga primaria inflamable de 200 a 300 mgde azida de plomo o estibnato de plomo (PbN6)combinada con nitrocelulosa y polvo de aluminio,sensible al calor, llama abierta, impacto, friccin.Esta carga estalla al inflamarse la gota pirotcnicao al quemarse con el retardo. Una carga secundaria o carga base, por lo generalde alto explosivo brisante, como pentrita (PETN),nitropenta o hexgeno (RDX), con una masa entre500 a 900 mg.2. FuncionamientoAl pulsar el explosor se hace llegar a la resistencia unimpulso elctrico no menor de 2A, con lo que sta sepone incandescente, inflamando a la gota que lacontiene.La gota enciende al retardo o inflama directamente ala carga primaria, segn el caso, la que a su vez hacedetonar a la carga secundaria, con lo que estalla eldetonador.Al estallar el detonador provoca la detonacin delexplosivo cebo en el que fue introducido y stefinalmente inicia a la carga principal de voladura. Estasecuencia se repite en cada taladro de una voladura.3. Criterios de clasificacin y seleccin de detonadoresSe toma en cuenta los siguientes aspectos: potencia,caractersticas elctricas, tiempo de encendido y campode aplicacin. Por potencia:Se identifican por nmero de acuerdo a su cargaexplosiva total. Los ms utilizados en voladuraconvencional son los N 6 (con 0,6 a 0,8 g) y N 8(con 0,8 a 1,2 g). Para trabajos especiales yprospeccin ssmica se prefiere cargas de 1,3 a 1,5g, correspondientes a los nmeros 10 y 12,respectivamente. Este valor debe especificarlo elfabricante. Por caractersticas elctricas:Son los lmites mnimos o mximos de los efectoselctricos necesarios para producir estallido de undetonador determinado, o dar su margen deseguridad. Son especficos para cada tipo y marcapor lo que no deben combinarse detonadores dediferentes procedencia en una voladura puesresultarn incompatibles.Comprenden a:- Impulso de encendido en mW/W (o mJ/W).- Resistencia del puente incandescente, en W.- Resistencia del detonador (o seguridad contraencendido por corriente extraa), en Amperios (A).- Corriente de encendido, en Amperios (A) paradetonadores en serie.- Proteccin contra los riesgos de radio frecuenciaRF (detonador y circuito).- Distancia de seguridad mnima a lneas de altatensin para carga de ms de 30, 130, 400 kV.Valores que se complementan con los de suscaractersticas no elctricas o de tiro:- Resistencia mnima a presiones hidrostticas, enkg/cm2.- Fuerza: prueba de Esopo (perforacin de planchade plomo, en mm).- Resistencia al impacto (cada de peso libre, en kg/m).- Potencia promedio, volumen Trauzl, en cm3 enbloque de plomo.Impulso de EncendidoRelacionando la energa de encendido por cadaOhmio del circuito de tiro se obtiene el valor delimpulso de encendido (K).K = E/R = I2 x tdonde, t es el tiempo.La unidad de impulso de encendido se da enmiliwatios.segundo/W (mW.s/W), o bien en A2.ms,y es un valor caracterstico de la sensibilidad de undetonante elctrico. Cuanto mayor sea el impulsonecesario para el encendido, mayor la insensibilidaddel detonador y mayor su seguridad contra elencendido involuntario provocado por corrientesvagabundas o electricidad esttica.El tiempo necesario para encender la resistenciadel puente de un detonador elctrico vara en razninversa a la intensidad de la corriente aplicada.Cuanto mayor sea la intensidad ms corto ser eltiempo de encendido y de inflamacin de su cargasensible.Si la intensidad es muy baja transcurrir unaimportante fraccin de segundos antes de producirseel encendido. Esto significa que en un disparo demuchos taladros iniciado con insuficiente intensidadde corriente, slo algunos detonadores se encendern,fallando el resto.Slo una pequea parte de energa se aplica paracalentar la resistencia incandescente del detonador,ya que la mayor parte se consume en vencer laresistencia de los alambres conductores de la lneade tiro, razn por la que la fuente de energa debertener la suficiente potencia para garantizar el tirocompleto.Normalmente los detonadores se fabrican dentrode tres grados de sensibilidad con relaciones deimpulso de encendido de 1;10; 1 000 definidos como:Sensibles o convencionales, para condicionesnormales de trabajo; Insensibles (I), para trabajosdonde se espera encontrar electricidad esttica yAltamente insensibles (AI), para trabajos en altamontaa, cerca a lneas de alta tensin, etc.CAPTULO 8130- Sensibles o convencionales con filamento Ni-Crde 0,035 mm, para uso en trabajos en superficieso en subterrneo en condiciones normales, comolimitada posibilidad de presencia de cargaselctricas extraas. Se les suele calificar con siglascomo A, UR y otras segn el fabricante.- Insensibles (I) con filamento Ni-Cr de 0,06 mmpara uso en ambientes principalmente subterrneoscon presencia de cargas electrostticas detectables(cerca a motores en movimiento, vehculos mineros,ductos de aire comprimido, trenes elctricos,equipos de carguo neumtico de ANFO, etc.).Requieren de un impulso iniciador diez veces mayorque para los sensibles. Se les identifica como tipoI-U-VA-ASA-FIDUZ, etc.- Altamente insensibles (AI) con filamento de 0,6mm, requieren de una energa equivalente a1.000 veces la necesaria para activar a undetonador convencional y se emplean en lugarescon riesgo conocido de tormentas elctricas, cercaa lneas de alta tensin, estaciones transmisorasde radio y otro similares. Se identifican como tipoAI-HU-SEA-AAA-Polex, etc.Como ejemplo de diferencia, el impulso mximo decorriente para un detonador convencional, sin causardetonacin, es de 3 mW.s/, mientras que para unoinsensible de tipo VA es de 100 mW.s/. Igualmentela carga de corriente ms alta permitida sin causardetonacin es de 0,3 A para los convencionales y1,3 A para los insensibles.La resistencia total del detonador vara entre 1 a2,5 para los convencionales segn la longitud desus cables, contra 3,5 de los insensibles,independientemente de la longitud del cable y delnmero de retardo.Los convencionales se disparan con explosor dnamoelctrico, pero los insensibles requieren de unexplosor de tipo condensador. Un detonadorinsensible no puede ser iniciado intencionalmentecon una batera de linterna hasta 4,5 V, pero unasimple pila de 1,5 V s puede llegar a iniciar a unoconvencional. Por tiempo de encendido:Son de dos tipos: instantneos y temporizados.- InstantneosEn ellos el estallido de la carga secundaria essimultneo con el pase del impulso elctrico porla resistencia. Realmente, el tiempo nominal deencendido en los convencionales de N 0 es de 1a 3 ms, y de menos de 1 ms en los ssmicos.Normalmente se usan para disparos individualesde plastas, tiros de precorte, voladuras paradesplome, inicio de rondas de arranque enfrontones, encendido de cordn detonante y otrosdonde no se requiera secuencia de salidaescalonada.- Temporizados o de retardoEn stos el estallido de la carga secundaria esindependiente y posterior al paso del impulsoelctrico por la resistencia de puente, en razn altiempo en segundos o fracciones de segundo quetarda en quemarse el elemento de retardo.Se aplican en voladuras que requieren secuenciasde salida programadas, en tunelera, banqueo,voladuras de produccin, demoliciones y otras.Se fabrican de dos clases:*De retardo largo (long delay - LD)Tambin denominados de medio segundo, conperodo de demora de 500 ms entre dos nmerosde retardo consecutivo. Se presentan en seriesusualmente de 10 a 25 nmeros, partiendo del cero.Estas series proporcionan el incremento detiempos necesario para conseguir un encendidorotacional positivo que facilite el movimiento dela roca conforme avanza la voladura. Estosretardos largos son adecuados para iniciacinen voladuras donde se requiere un cierto tiempode intervalo entre las cargas, como es el caso defrontones de desarrollo, chimeneas,profundizacin de piques y otros trabajossubterrneos.*De retardo corto (short delay - SD)Con perodos de demora menores de 100 msentre dos nmeros de retardo consecutivos(usualmente entre 10 a 40 ms), por lo que se lesconoce tambin como retardos de milisegundoo microretardos.Han sido desarrollados preferentemente parainiciar voladuras en canteras, obras viales yminera de superficie a tajo abierto donde, conestrechos tiempos de intervalo entre carga,disminuyen la interferencia entre taladros yproducen mejor fragmentacin in situ, con menorvibracin consecuente. Se presentan en seriesusualmente con 15 a 35 nmeros, partiendo del cero.Ambos tipos suelen combinarse pero nointercalarse, como ocurre en la voladura detneles donde se emplea microretardos para lostaladros de arranque y retardos largos para elresto del frontn. Por empleo:De acuerdo a su campo de aplicacin pueden ser:convencionales, para voladuras en general yesciales para usos especficos, como:- Detonadores para voladuras bajo aguaCuyas principales caractersticas son su elevadaresistencia a presin hidrosttica y altaimpermeabilidad. Aunque an no se hanCAPTULO 8131normado especificaciones internacionales, seconsidera, por ejemplo, que su disparo deber serpositivo despus de haber estado sometidos a300 psi de presin, o entre 30 m (100) y 150 m(500) bajo agua durante 24 a 72 horas. Son detipo insensible y altamente insensible a corrientesextraas y fugas de corriente (ejemplo: losdetonadores ms-WR N 8 y N 10 con 2 kPa/cm2x 14 das (resistencia indicada).- Detonadores para alta presin y temperaturaSon detonadores sin carga explosiva primaria,ms seguros que los convencionales porque slotienen carga secundaria, menos sensibles y queno detonan slo por calor. La carga primaria sesustituye con un puente de resistencia explosivaque activa directamente a la carga secundaria,al descargarle muy rpidamente una cantidadgrande de alta energa (impulso de 1 000 A/microsegundo) que vaporiza al alambre alsobrepasar su resistencia hacindolo estallar(exploding bridge wire).EBW Reynolds Inc. y el EFI (exploding foil initiator)de placa y disco ms sofisticado.Tiene expectante campo de aplicacin paravoladura en minas con zonas calientes, trabajosCAPTULO 8132Su activacin depende de la frecuencia de lacorriente de encendido en hertz (oscilacin de laelectricidad en el conductor); los otros dependende la tensin (voltios) o de la resistencia (amperios).Se conectan al explosor a travs del transformadorcuyo campo secundario lo forma un anillotoroidal de ferrita (20 mm de dimetro con huecocentral) embobinado con los alambresconductores del detonador en circuito cerradopermanente. El primario lo constituye el alambrede la lnea de disparo que pasando librementepor el agujero central del toroide se une alexplosor en circuito cerrado, pero slo almomento del disparo.El toroide est encapsulado en un casco plstico,que identifica el perodo de retardo del detonadorcon un nmero estampado y color (de mediosegundo y miliretardo en series de 25 y 30 ms).Slo se inician con corriente alterna de altafrecuencia 15 000 Hz o ms, por lo que requierenexplosores especiales de 15 30 kHz de AC concapacidad para 100 detonadores o ms:* Son fciles de ensamblar para la voladura, yaque una vez instalados los detonadores en lostaladros slo es necesario pasar el alambre dedisparo por el hueco de los toroides que quedanfuera y empalmarlo a los bordes del explosor.De este modo quedan conectados en serie.* No dan posibilidad a prdidas por derivacioneso fugas an en ambientes muy hmedos, comoen profundizacin de piques, porque cadadetonador acta independientemente como sifuera un circuito paralelo y porque el voltajeal momento del encendido es muy bajo (1 a 2 V).* Son prcticamente inmunes a iniciacinprematura por corrientes errticas AC y DC dehasta 50 a 60 Hz.* Pasan las normas de seguridad a corrientesestticas de 2 500 pico faradios para losrequerimientos de seguridad en el carguoneumtico de ANFO.* Tienen un alto nivel de proteccin contra lasemisiones de radiofrecuencia.de descostre, demolicin en fundiciones, disparosen pozos geotermales profundos, perdigonadode pozos petrolferos para recuperacinsecundaria y otros casos especiales.- Detonadores permisibles (antideflagrantes oantrigris)Para uso en minas con atmsfera inflamable,como las de carbn que muestran presencia degas gris.Normalmente son de tipo ST insensible eimpermeable, con cpsula de cobre o latn(porque las esquirlas de aluminio calientespueden inflamar al gris).- Detonadores ssmicos (sismogrficos)Especialmente fabricados para prospeccinsismogrfica con explosivos. Su principalcaracterstica es que deben ser muy constantes oregulares en su tiempo de encendido,particularmente corto, 0,001 ms contra 1 ms delos instantneos convencionales, lo que esimportante para evitar interferencias y lograrbuena resolucin en los sismogramas.Son de tipo altamente insensible y elevadaresistencia a presin hidrosttica (mnimo 8 bara 100 m por espacio de una hora sin falla dedetonacin), con cpsula slo de aluminio.Los detonadores ssmicos no son elctricamentecompatibles con los instantneos convencionales,por lo que no deben combinarse en los trabajosde prospeccin.- Detonadores especialesSon los detonadores para voladura en lugarescon riesgo elctrico, voladura de precisin ycontrol de vibraciones:- Detonadores Magnadet-ICITienen la particularidad de energizarse porintroduccin mediante un pequeo transformadorindividual denominado toroide, a diferencia delos dems detonadores que lo hacen por impulsodirecto del explosor.CAPTULO 8133- Detonadores electrnicosEn ellos el conjunto temporizador convencional(resistencia-retardo) se sustituye por elementoselectrnicos y micro chips muy rpidos y precisosque proporcionan mucho mayor control sobre losintervalos de tiempo entre tiro y tiro.El momento de inflamacin del puente se regulaestrechamente mediante un pequeo circuitotemporizador electrnico instalado dentro delpropio detonador, el mismo que al recibir unimpulso elctrico codificado del explosor, loprocesa y deriva hasta un condensador, quedespus lo descarga hacia el puente.Son muy precisos y altamente resistentes a lainfluencia de perturbaciones elctricas extraas.Maniobrados con explosores programablesconforman los sistemas de iniciacin elctrica msverstiles y de mayor campo de aplicacin,especialmente para voladuras complicadas,demoliciones en reas restringidas y grandesexplotaciones mineras.VOLADURA ELCTRICA CONVENCIONALPara voladura, los detonadores elctricos se conectan entres formando un circuito que se une a la fuente de energa(explosor) mediante los cables de la lnea de tiro.Circuito de encendidoPueden efectuarse en serie, en paralelo y en serie-paralelo.a. Circuito en serieEs el ms comn para el disparo de pequeo nmerode taladros. En este sistema toda la corriente deencendido fluye directamente a todos los detonadoresen un solo sentido. Se acepta generalmente que elamperaje mnimo para activar un circuito en serie esde 1,5 A con corriente directa (DC) o de 3,0 A concorriente alterna (AC). Para muchos casos el lmiteconservador es de un mximo de 50 detonadores conalambres de 24 (7,30 m) por disparo. Es el ms simpley sencillo de ensamblar.Clculo de resistencia para circuito en serieLa resistencia total del circuito Rts es:Rts = R1 + n (Rp + 2 x m x r1) = R1 + n + Rddonde:R1 : resistencia de la lnea de tiro (W).n : nmero de detonadores.Rp : resistencia del puente del detonador (W).m : metraje de los cables del detonador (m).r1 : resistencia por metro lineal de cable (paracobre de 0,6 mm de dimetro, el valor es0,065 W/m).Rd : resistencia total del detonador (W).Si el nmero del detonador es alto, la tensin delexplosor necesario es elevada, resultando pequeo elamperaje, pues viene dado por: I = V/R.O tambin:Rts = Rd1 + Rd2 + Rd3 + ... + Rdn + R1 + RLdonde:Rts : resistencia total del circuito a ser volado, enserie.Rdx : resistencia del detonador x.n : nmero de detonadores.R1 : resistencia del cable de disparo.RL : resistencia del cable de conexin .La expresin simplificada resulta:Rt = Rd + Rc + Rfdonde:Rt : resistencia total, en W.Rd : resistencia de los detonadores, en W.Rc : resistencia de los alambres de conexin, en W.Rf : resistencia de la lnea de disparo, en W.b. Circuito en paraleloComn en voladuras subterrneas. En este circuito cadadetonador proporciona caminos alternos para el pasode la corriente. Se usan dos lneas de alimentacinseparadas (del positivo y negativo) a cada una de lascuales se empata los alambres de cada detonadorformando puentes. Recomendado para voladura enzonas con agua, para evitar fallas por fugas de corriente.Los clculos son similares pero difieren en que se necesitaun mnimo de 1,0 A (con AC o DC) para cada detonador.Clculo de resistencia para circuito en paraleloRtp = R1 x Rd nCAPTULO 8134O tambin: 1 = 1 + 1 + 1 + ... + 1 Rtp Rd1 Rd2 Rd3 Rdndonde:Rtp : resistencia total de los detonadores conectadosen paralelo.Rdx : resistencia del detonador x.n : nmero de detonadores.De uso especialmente en subterrneo, recomendablecuando el riesgo de derivaciones es alto.c. Circuito en serie-paraleloGeneralmente empleado cuando el disparo excede deunos 40 detonadores con alambres de 20 (6 m),demasiados para un simple circuito en serie. Aplicadoen voladuras grandes y en voladuras mltiples,especialmente de produccin en minera.Las recomendaciones sobre flujo de corriente sonsimilares a las utilizadas para circuitos en serie, y losclculos comprenden los siguientes pasos:1. Encontrar la resistencia de los detonadores de unaserie, multiplicando su nmero por la resistenciapor detonador.2. Calcular la resistencia del alambre de conexiones yde la lnea de disparo como se hace para un circuitoen serie simple.3. Totalizar las resistencias de los detonadores, lneade conexiones y lnea de disparo.4. Aplicar la ley de Ohm para determinar la corrientetotal proporcionada.5. Dividir el total de corriente proporcionada entre elnmero de series, para obtener la corriente por serie.Clculo de resistencia para circuito en serie-paralelo en conexiones equilibradasRt = R1 + Rd x ns npdonde:ns : nmero de detonadores en serie.Np : nmero de detonadores en paralelo.O tambin:Rt = Rd x ns ncpdonde:ns : nmero de detonadores en serie.Rd : resistencia de un detonador.ncp : nmero de circuitos en paralelo.Este tipo de circuito se emplea cuando el nmero dedetonadores es muy alto y es necesario reducir la resistenciatotal para adaptarse a la capacidad del explosor.Clculo del nmero ptimo de seriesLa frmula siguiente es para calcular el nmero ptimoen una serie en paralelo a partir de un conjunto dedetonadores:NSP = Resistencia total del conjunto de detonadores Resistencia de la lnea e hilos de conexinCAPTULO 8135VOLADURA ELCTRICA SECUENCIALDe acuerdo a lo que se quiera obtener como resultadode una voladura, la diferencia entre una instantnea yotra con retardos es notoriamente determinante, perotambin es notable cuando se emplea retardos largoso cortos. El empleo de microretardos permite que lostiros acten en forma secuente muy rpida,colaborando entre s, lo que contribuye a reducir lavibracin y los efectos de proyeccin a distancia. Conla misma cantidad de explosivo se consigue mayortrituracin de la roca y se disminuyen los casos de fallasde cebo (tiros cortados) ya que todas las cargas soniniciadas instantes antes de que comience el movimientode la roca.El disparo elctrico en serie con microretardo puedeefectuarse:A. Utilizando detonadores de miliretardo fijoincorporado y un explosor convencional.B. Utilizando detonadores instantneos, unconmutador microretardador y un explosor especialcon corriente de larga duracin.En el primer caso, los detonadores se conectandirectamente al explosor. Al paso del impulso elctricotodos se activan simultneamente, pero detonanposteriormente en diferentes tiempos de acuerdo a sucorrespondiente nmero de retardo.En el segundo, el micro retardador se ubica entre elexplosor y el grupo de detonadores instantneos. Alpaso del impulso elctrico por el retardador se consigueuna conmutacin de la corriente de encendido aintervalos de tiempo determinados, lo que produce unretardo entre los disparos.La diferencia entre ambos no es slo por el modo deconseguir el retardo entre los tiros, sino tambin por laamplitud de escalonamiento. Con los miliretardos nose puede bajar de un tiempo determinado puesto quees fijo, mientras que con un microretardador se puedetrabajar con tiempos muy breves, ya que con estesistema se pueden variar a voluntad los intervalos deretardo.Disparo con microretardos convencionales- Conexin simple: se utiliza explosoresconvencionales.CAPTULO 8136- Perodo de retardo fijo, establecido en cadadetonador.- Disponibles entre 10 a 40 series de intervalos deretardamiento.- Para empleo en todo tipo de voladura; desdepequeas donde la primera carga y la ltima sonmuy cercanas, hasta en montajes de tirocomplicados en disparos grandes. Ningn consumoadicional de alambre de conexin.Disparo con microretardador- Posibilidad de variacin de los tiempos de retardoa criterio.- Proporciona encendido con retardo utilizandodetonadores instantneos, ms econmicos.- Mayor precisin en los tiempos de intervalo, hasta40 posibilidades de escalonamiento.- Requiere de mayor longitud de alambre de disparopara las conexiones adicionales necesarias.- No se pueden utilizar, en todo caso, como losconvencionales. Necesitan adecuado entrenamientodel personal que lo va a emplear.Los sistemas de iniciacin elctrica secuencial comodesarrollo ms avanzado de este mtodo combinanambos medios: detonadores de miliretardoconvencional o detonadores de retardo electrnico queson activados mediante un explosor computarizadoprogramable y un tablero terminal distribuidor decircuitos, que se complementan con instrumentos decontrol incorporados, permiten variaciones en ladistribucin de tiempos en superficie, por lneashorizontales, lneas perpendiculares o en los taladros,lo que permite efectuar una o ms voladuras complejassimultneamente en varios circuitos independientes,escalonados dentro de cualquier esquema, encombinacin con retardos para producir una ptimafragmentacin con la mnima vibracin.Tiene la ventaja que permite interconectar sistemas deiniciacin elctrica y no elctrica desarrollados pordiferentes fabricantes, lo que facilita disear la voladuraen funcin a lograr la mxima eficiencia del explosivo.Esto permite, por ejemplo, disparar un gran volumende explosivo sin sobrepasar el lmite de velocidad picode partcula por segundo que regula la vibracin delterreno, proyeccin de material y concusin del aire,condiciones limitativas para voladura en reas crticas.CAPTULO 8137CAPTULO 8138Inconvenientes del sistema elctricoa. Riesgo elctricoEl mayor inconveniente es que los detonadores enmayor o menor grado estn sujetos a disparo accidentalo prematuro si entran en contacto con corrienteselctricas ajenas a la del impulso de encendido, o aque parte del disparo quede sin salir por prdida deenerga de encendido debido a fugas de corriente.Las corrientes elctricas ajenas calificadas son:1. Corrientes galvnicas (errticas o vagabundas- stray currents)Son flujos de energa parsita que se forman alrededorde conductores elctricos aislados. Corren por fueradel conductor asignado prefiriendo otros que presentenmenor resistencia, como las lneas de riel, tuberametlica, agua, vetas de mineral, etc. y tambin laslneas de disparo.2. Corrientes directasSon las corrientes vivas que pueden ponersecasualmente en contacto con el alambrado del circuitode disparo, por falla de aislamiento, empalmeequivocado, error o desconocimiento del riesgo. Susfuentes son la red de alumbrado, lneas de alta tensin,motores, locomotoras elctricas a trolley o batera yvehculos.3. Cargas electrostticasSon cargas estticas que se generan por accin continuade contacto y separacin de dos medios o materialesdismiles como ocurre por ejemplo por friccin de laropa con el cuerpo de las personas, por el flujo dehumo de escape de los vehculos, polvo o nieve movidospor fuerte viento y en minas por el frotamiento de airecomprimido en los ductos plsticos de ventilacin yespecialmente por el rozamiento de los grnulos deANFO con la manguera en el carguo neumtico detaladros.Las estaciones transmisoras de radio, radar y otrasfuentes de radiofrecuencia (RF), as como las lneas dealta tensin, pueden crear a su alrededor cargaselectromagnticas potencialmente riesgosas.4. Cargas atmosfricas pasivasSon las que se forman por acumulacin y saturacinde electricidad en el medio ambiente, especialmentedespus de la ocurrencia de tempestades elctricas enregiones muy secas. Un rayo es suficientemente capazde activar a un detonador no aislado an a notabledistancia.Las cargas electrostticas se acumulan en las personasy objetos en la misma forma en que se almacena unacarga elctrica viva en un condensador, paradescargarse despus sbitamente al sobrepasar unlmite crtico o al entrar en contacto con una lnea abiertaa tierra.Estas corrientes y cargas electrostticas representanriesgo no slo para los detonadores elctricos, sinotambin para los convencionales y no elctricos, talcomo se menciona en algunos reportes de seguridadsobre casos ocurridos en el mbito internacional. Debetomarse medidas de precaucin para puesta a tierraen el carguo neumtico del ANFO, en especial empleode mangueras antiestticas calificadas.Potencialmente riesgosa es tambin la carga elctricaremanente en el explosor despus de haber sidoactivado el disparo, o ms an cuando sta se genery por algn motivo no ha sido descargada.b. Fugas de corrienteEstas ocurren en tres sectores:1. Fuente de impulsoPor un explosor inoperante, dbil, deteriorado oinadecuado. Por mal manejo del explosor o pordisparar simultneamente ms detonadores que los quele permite su capacidad.2. AlambradoPor malas conexiones, que pueden provocar fugas,corto circuito o excesiva resistencia. Por olvido deconectar una o ms cargas al circuito. Por deterioro dela cobertura aislante de los conductores en taladrosirregulares, con paredes speras o conteniendo detritosfilosos que deterioren el aislamiento:- Empalmes sueltos, flojos o mal aislados.- Maltrato de los conductores por fuerte atacado.- Alambres del circuito en contacto con terrenohmedo, fango y presencia de agua en los taladros.3. DetonadoresPor defectos de fabricacin, por deterioro durante eltransporte, almacenajes, manipuleo y preparacin delcebo. Por utilizar detonadores de diferentescaractersticas elctricas en un mismo disparo.4. FallasLa fuga o falta de corriente iniciadora da lugar a tiroscortados aislados, a falla parcial o total de la voladuray eventualmente a tiros retardados. Las corrientesextraas a tiros prematuros, todos los cuales son dealto riesgo para los operadores y personas cercanas aldisparo, razn por la que es necesaria la comprobacinprevia del circuito de disparo, siendo esta posibilidady la precisin las principales ventajas del sistema.CAPTULO 8139Comprobacin del circuito de disparoAntes de un disparo, todos los detonadores, alambresy empalmes deben comprobarse por continuidad yresistencia, mediante instrumentos especficamentediseados para voladura: ohmimetro, galvanmetro,multitester, comprobador del impulso del explosor,comprobador de lnea a tierra.No se debe improvisar un circuito de prueba coninstrumentos y bateras de tiro convencional. Esto puederesultar peligroso ya que pueden dar lecturas erradaso provocar un encendido accidental. As por ejemplola batera especial para un galvanmetro de voladurale proporciona slo una dcima parte de la carganecesaria para activar a un detonador, mientras queuna batera comn, por su mayor carga, puedeprovocar su disparo accidental, a travs del propioinstrumento.a. ContinuidadEl aislamiento entre el circuito de disparo y tierra secomprueba conectando uno de los bornes de ungalvanmetro (con capacidad mnima de 20 000 W)a uno de los alambres del circuito y el otro a uno delos alambres del circuito y el otro a una estaca de metalclavada en el piso humedecido (no a las lneas a tierrade las instalaciones o equipos que hayan cerca).Para eliminar el efecto de polarizacin, las conexionesse reversarn para una segunda lectura. El promediono debe ser menor de 10 000 W (10 kW). Cuando elvalor medido es menor hay prdida de corriente enuno o varios puntos, por contacto a tierra o falta deaislamiento usualmente suficiente como para causaruna falla de disparo. En este caso se busca el punto deprdida dividiendo el tendido del circuito en tramos,para comprobar hasta encontrarlo y corregirlo.Para garantizar la lectura, el instrumento debe ajustarsepreviamente como se indica:1. Con bornes cerrados puestos en corto circuito laaguja debe marcar cero.2. Con bornes abiertos, la aguja indicadora debeencontrarse en infinito. Si estos valores no puedengraduarse precisamente, se deber cambiar labatera.Una de las formas prcticas para minimizar la prdidade corriente en el tendido es limitar el nmero dedetonadores por serie y duplicar la carga mnima decorriente de iniciacin recomendada.b. ResistenciaCon el ohmimetro se verifica si los valores calculadosde resistencia coinciden o no con los valores realesque muestra la escala; aceptndose como normal unmargen de 10%.La resistencia de un circuito de disparo se calcula conla relacin:Rt = n x R2 x Rver + R3donde:Rt : resistencia total, en W.N : nmero de detonadores.R2 : resistencia de un detonador.Rver : resistencia del cable de extensin, en W.R3 : resistencia del cable de disparo dedetonadores, en W.Por ejemplo: un frente con 50 detonadores de 3,9 W,con 20 m de alambre de conexin de cobre (6,5 W x100 m) y 180 m de cable de disparo de acero (5 W x100 m) tendr una resistencia total de:- Alambre de conexin: 6,5/100 = 0,065 W/m(segn normas estndar).- Cable de disparo: 5/100 = 0,05 W/m (segnnormas estndar internacionales).Luego:Rt = 50 x 3,9 + 0,065 x 20 m + 0,05 x 180 mo sea:Rt = 195 + 1,3 + 9 = 205,3 W 10%- Si el ohmimetro no seala nada, el circuito estinterrumpido.- Si el ohmimetro seala una resistencia ms altaque la calculada significa que no se han efectuadolos empalmes con cuidado, presentndoseresistencias de transicin en los terminales de losdetonadores y de los alambres de extensin porflojedad, xido o suciedad.- Si el valor de lectura est por debajo hay falla, seaporque algunos detonadores no se han conectado,porque hay corto circuito entre los conductores opor existir derivaciones (shunts) en el aislamiento,especialmente en el caso de encontrar agua.Toda falla debe ser corregida antes de proceder aldisparo de la tanda de voladura.El valor total de la resistencia del circuito debe sersiempre menor que el lmite de capacidad indicado enla placa del explosor.Normalmente la resistencia no debe sobrepasar de 12W x 100 m para las conexiones en serie ni de 2 W x100 m para las conexiones en paralelo.CAPTULO 8140CAPTULO 8141CAPTULO 8142SISTEMA NO ELCTRICOLos detonadores no elctricos de retardo o detonadoresde choque (shock), han sido desarrollados para operara semejanza del sistema elctrico pero sin sus riesgos,ya que en ellos la energa elctrica y los alambresconductores han sido sustituidos por tubos plsticos muydelgados, similares a cordones detonantes de bajogramaje, que transmiten una onda explosiva desde elpunto de iniciacin hasta un detonador. El msdifundido es el sistema Nonel (non electric), y otrossimilares.Presentan las siguientes ventajas:- Son seguros contra disparos prematuros pordescargas elctricas o radiofrecuencia.- Son menos sensibles al deterioro por manipuleo,concusin o ambiente caluroso que los elctricos(sin dejar de lado el riesgo de detonacinaccidental).- Por su baja energa las mangueras conductoras nopueden detonar directamente a los explosivoscomerciales, incluidas las dinamitas. Excepto el tipoque lleva un cordn detonante de muy bajo gramaje(Anoline de 1,5 g/m).- Pueden ser empleados en superficie y subterrneo,tambin con secuencias de retardo de milisegundo.Sus desventajas:- No pueden ser comprobados previamente poraparatos de medidas como el sistema elctrico porlo que deben ser utilizados con cuidado para evitarcortes de transmisin.- Su costo por el momento es mayor que el sistemaconvencional.Como ejemplo, describimos el sistema Nonel que sebasa en una manguera plstica transparente y flexible,de 3 mm (0,12) de dimetro interior, que contiene unncleo de material reactivo de slo 20 mg/m, quecuando es activado por un detonador comn o porcordn detonante, transmite un impulso de baja energa(a unos 1 900 m/s) hasta un detonador no elctrico,activndolo por onda de choque (shock).La onda de choque dentro de la manguera no es losuficiente potente como para iniciar a los explosivosen contacto con ella, por muy sensibles que sean, loque permite usarlos en cebos al fondo del taladro.La construccin del detonador es similar al elctricopero sin la resistencia (gota pirotcnica), ya que la cargasensible acta por impacto.Este sistema comprende los siguientes elementos:A. Tubos iniciadores, que se utilizan para conectar eltiro y consisten en una manguera Nonel de longitudadecuada (de 1,8 a 100 m) que tiene un extremosellado y en el otro un conectador plstico quecontiene un detonador instantneo (cebador).Tambin hay conjuntos que tiene conectadores enambos extremos.B. Detonadores Nonel ms, formados por unamanguera de longitud especfica (2,40 a 15,0 m)con un extremo sellado y un detonador no elctricode milisegundo en el otro. Estos detonadores losfabrican con retardos entre 75 ms y 2 000 ms, conintervalos de 25,100 y 150 ms segn su tipo, y tienenun tapn antiesttico para prevenir el ingreso deelectricidad ambiental y agua.Las mangueras de los detonadores se insertan en losconectores para formar un conjunto fijo.Estos conectores tiene capacidad para recibir hastacuatro mangueras, normalmente 3 detonadores y unade otro iniciador-cebador, de modo que se puede armardiferentes conjuntos, de acuerdo al trazo proyectadopara la voladura.A falta de conectadores las mangueras pueden seratadas por manojos y activadas con cordn detonante,con esquemas sencillos de efectuar por personal pocoexperimentado.Como los detonadores son de tiempo, se debe tenercuidado con los nmeros de retardo al armar losconjuntos para evitar errores en la secuencia de salida.Los detonadores se insertan en los cartuchos dedinamita para formar cebos en la misma forma quecon los detonadores normales.CAPTULO 8143Conjunto Nonel HD PrimadetDiseados especialmente para facilitar las secuenciasde salida por filas e hileras en voladuras de canteras ytajos abiertos, con mayor capacidad y tiempo ms cortoque los obtenidos con el cordn detonante y sus retardosconvencionales. Comprenden a un tubo Nonel (trunkline) silencioso, sellado por un extremo y conconectador-cebador con detonador de milisegundo enel otro extremo.Cuando se conectan los detonadores ms de lostaladros al tendido de lnea Nonel HD en la superficie,se puede obtener una secuencia de retardos casi infinitapudiendo, por ejemplo, obtenerse voladuras con salidasverticales taladro por taladro combinadas por salidaspor cortes horizontales (deck charges con retardossecuentes).Sistema Nonel UnidetComprende a detonadores Nonel de 500 ms que secolocan al fondo de los taladros y retardos demanguera Unidet de tiempo fijo (17; 25; 42; 100; 200ms) en superficie. Ejemplo: utilizando Unidets de 17ms el primer taladro saldr con 500 ms, el segundocon 517 ms, el tercero con 17ms ms (534 ms), elcuarto con 551 ms y as sucesivamente.Para el clculo de las voladuras hay que tener en cuentael retardo de 0,5 ms por cada metro de longitud de lamanguera, por la transmisin de la onda de choque.CAPTULO 8144Otros sistemasExisten varios sistemas similares basados endetonadores activando con mangueras flexibles conncleo de explosivo especial que transmite una ondade choque, como Detaprime, Fanel y Tecnel. Otrosistema es el Hercudet, cuya manguera contiene ungas combustible y oxgeno que al accionar un explosorespecial se inflama originando una onda de detonacinde 2 400 m/s que acta al detonador que puede serinstantneo o de retardo (series entre 50 y 850 ms).Este sistema tiene la ventaja que puede ser comprobadopreviamente mediante el mismo explosor con gas inerte.Tambin hay sistemas que comprenden a detonadoresde retardo activados por un cordn detonante con ncleode pentrita o similar de muy bajo gramaje como elAnoline de 1,5 g/m pero que tiene el inconveniente deque el cordn puede activar al explosivo sensible de lacolumna del taladro o al mismo cebo poco antes deque funcione el detonador, anulando el efecto de retardopor lo que deben ser cuidadosamente instalados.Sistemas reforzadosMuchas minas y canteras presentan severas condicionesde trabajo para estos iniciadores, especialmente entaladros profundos de gran dimetro donde losimpactos, abrasin y excesiva tensin deterioran lasmangueras produciendo fallas por desgarre,elongacin y ruptura, con el resultado de tiros cortados.Al respecto, la ICI-Atlas desarroll el sistema iniciadorExel cuya manguera es altamente resistente al maltrato,sealndose entre sus cualidades las siguientes:Resistencia por ruptura por tensin de 400% vecesmayor que la de las mangueras convencionales,requiriendo de una fuerza de traccin de 100 lb (46kg) contra 22 lb (10 kg) de las dems para que seinicie la elongacin y ruptura; mayor adhesin internapara el compuesto transmisor explosivo octgeno (HMX)- aluminio en polvo bsicamente mnima afectacinpor la radiacin ultravioleta de la luz solar (enemigade los plsticos en general) por el petrleo del ANFO ypor la temperaturas extremas, ya que puede trabajarentre -20 C y + 65 C, siendo adems fcil demanipular al introducirla en los taladros por su pocatendencia a formar nudos o rizos. Otros sistemas hanadoptado condiciones similares.Los detonadores Exel ms del sistema comprenden 30perodos de retardo con intervalos de 25 ms entre losnmeros del 1 al 20 y de 50 ms para los diez restantes,y los Exel LP una serie desde el instantneo hasta elde 9 000 ms.La manguera Exel es compatible con los detonadoresBlastmaster, equivalente a los Nonel, con los demsdetonadores de onda de choque y con todos losexplosivos comerciales.La combinacin de los retardos Exel ms dentro deltaladro con el retardo de superficie Blastmaster RTD(redundant trunk line delay) permite una gama grandede secuencias de salidas, adems de que suscaractersticas de resistencia minimizan las posibilidadesde tiros cortados.Estos retardos RTD estn formados por un tramo demangueras de un detonador ms en cada extremo,alojados en un conectador plstico de color que facilitasu identificacin del retardo y cuya principalcaracterstica es de que pueden ser iniciados por ambossentidos, que slo trabajan en un sentido. De ahdenominacin de redundantes.Se presentan en largos entre 3,6 m y 15 m (12 y 50)siendo su tiempo de retardo de 5, 8, 9, 17, 25, 42,65, 100 y 200 ms, siendo compatibles con lasmangueras de los detonadores no elctricos.La CXA-Ltda. tambin presentan un juego dedetonadores Nonel XT de manguera reforzada paraabrasin, con una serie de 25 nmeros de retardo entre30 ms y 2 275 ms, y un retardo de superficie MSConector tambin con manguera y dos detonadoresque permiten dilacin de 17; 25; 35; 50; 75; 100; 230y 240 ms pero que trabaja en una sola direccin. Casitodos estos detonadores tienen carga PETN (N 12),mientras que la de los conectadores son de PETN (N 6).CAPTULO 8145CAPTULO 8146CAPTULO 8147CAPTULO 8148CAPTULO 8149Comentarios prcticos sobre los sistemasiniciadoresTodos estos sistemas de iniciacin pueden no dar elresultado esperado si no se instalan con la debidaresponsabilidad y cuidado. Es frecuente encontrar tirosfallados porque no se empat debidamente un cableconductor, o porque se coloc un detonador de nmeroequivocado en un taladro, tenindose en cuenta, porejemplo, que en un solo detonador equivocado en elarranque puede malograr la voladura. Aqu gravita laimportancia de la preparacin del personal encargadodel ensamble, colocacin y comprobacin de lossistemas de encendido.Factores bsicos de la iniciacinSon fundamentalmente dos:a. La secuencia de tiempo de encendido de las cargasexplosivas, que se obtiene con los accesorios deretardo.b. La fuerza iniciadora proporcionada por el cebo oprima.a. Secuencia o cadenciaRetardosA raz del alto grado de irregularidad o dispersin deencendido que representaba la mecha de seguridad,Julius Smith (1870) patent el fulminante elctricoinstantneo, que elimin en gran parte el alto grado deimprecisin de la plvora negra.Sin embargo, como la iniciacin elctrica simultneade varios taladros tambin presentaba problemas decorte de conductores y debilitamiento de roca en el reacircundante a la voladura, fue necesario desarrollar loselementos de retardo integrados al fulminante, con losque se logr fabricar los detonadores elctricos contiempo de encendido de retardos en medio segundo, yluego an los ms precisos retardados en milsimosde segundo (1 895), de los que derivan toda la actualgama de accesorios de iniciacin. La opcinretardadora de los detonadores temporizados hapermitido disear diagramas de disparo con secuenciade salida para los tiros, con lo que se logra aprovecharadecuadamente las caras libres que se forman con cadasalida.Los detonadores de retardo en general han logradomejorar y uniformizar la fragmentacin, facilitar lasalida de arranque reducir la vibracin, limitar laproyeccin de fragmentos y el grado de afectacin dela roca circundante, adems de apilar adecuadamentelos detritos de la voladura.Los elementos de retardo en su mayora son compuestospirotcnicos formados por mezclas patentadas demateriales especiales, cuya caractersticas principaleses que arden en forma muy constante sin desprendergases lo que asegura una variacin mnima en sutiempo de quemado y por lo tanto en el perodo deretardo. Entre estos compuestos tenemos por ejemploal dixido de plomo con silicio, al magnesio con slice,telurio o fsforo, y al redox en relacin con los fluorurosy otros halgenos.Estas mezclas se moldean por trefilacin, se cortan eintroducen en los casquillos de los detonadores yretardadores, entre la gota pirotcnica y la cargasensible. Los tiempos de retardo estarn dados por lacomposicin de la mezcla pirotcnica y por su longitud,de modo que normalmente se tiene que a mayor tiempode retardo le corresponde una mayor longitud de lacpsula.Como cada fabricante aplica sus propias formulacionesy caractersticas para cada elemento, no se debe utilizardetonadores de diferentes marcas o tipos en una mismavoladura, aunque tengan igual nmero de series.CAPTULO 8150Seleccin de sistema de retardoLos detonadores de retardo en general, elctricos y noelctricos se fabrican en dos tipos:1. De perodo largo (LD o long delay), con intervalosde medio segundo entre series. Ejemplo: 0,5; 1; 1,5;2; 2,5 s sucesivamente.2. De perodo corto (SD o short delay), tambindenominados de milisegundo y de microsegundocasi siempre graduados a intervalos de 0,025 s (25/1 000 s a 0,040 s entre series). As, cuando se disparael primer detonador a los 0,025 s de haberseencendido el impulso (elctrico o de shock), elsegundo detonador de la serie se dispara a los 0,050s del impulso inicial y as sucesivamente.Retardos de milisegundo para cordn detonante (relso conectores de milisegundo), estos generalmentevienen con retardo de 0,009 s de 0,010 s entre series.As por ejemplo un retardo de la serie 3 tendr unademora verdadera de 0,027 s o de 0,030 s segn elfabricante. Estos tiempos pueden incrementarseintercalando retardos de diferentes tiempos en unmismo tramo de la lnea de cordn, sumndolos(ejemplo: dos retardos de 0,009 s dan una demorade 0,018 s).Cada fabricante identifica sus retardos con un cdigoo un nmero, e incluso con colores, especialmente enlos alambres y mangueras, de modo que es necesarioconocer las tablas que ellos proporcionan para podercomparar equivalencias aproximadas.Ejemplo: Un fabricante europeo presenta una serie dedetonadores elctricos de retardo de medio segundo(500 ms que consta de 12 nmeros, ms dos demicroretardo de 25 ms y 42 ms con 20 y 25 nmerosadems de otras dos series de 20 ms y 30 ms con 15y 18 nmeros respectivamente) como vemos:Obsrvese que los intervalos no son siempre iguales.En algunas secuencias se incrementan para evitar quelos tiros se sobrelapen en voladuras con gran nmerode taladros. Esto difiere con cada serie y cada fabricante.Otro fabricante de Norteamrica presenta, por ejemplo,la siguiente serie para detonadores elctricos:N de Retardo Largo Microretardos Grupo 1 Microretardos Grupo 2(500 ms) Serie 1 (25ms) Serie 2 (42ms) Serie 3 (20ms) Serie 4 (30 ms)Instantneo 0 0 0 0 1 - 0,5 s 1 - 25 ms (+25) 41 ms 1 - 20 ms 30 ms 2 - 1 s 2 - 50 83 2 - 40 60 3 - 1,5 s 3 - 75 125 3 - 60 90 4 - 2 s 4 - 100 167 4 - 80 120 5 - 2,5 s 5 - 125 209 5 - 100 150 6 - 3 s 6 - 150 251 6 - 120 180 7 - 3,5 s 7 - 200 293 7 - 140 210 8 - 4 s 8 - 225 335 8 - 160 240 9 - 4,5 s 9 - 250 377 9 - 180 27010 - 5 s 10 - 300 419 10 - 200 30011 - 5,5 s 11 - 325 469 11 - 220 33012 - 6 s 12 - 350 519 12 - 240 36013 - 382 (+32) 569 (+50) 13 - 260 39014 - 414 619 14 - 280 42015 - 446 669 15 - 300 ms 45018 - 542 819 16 - 48020 - 612 919 17 - 51025 - 787 ms 1169 ms 18 - 540 msCAPTULO 8151DispersinDada la delicada fabricacin y la propia constitucinde los elementos de retardo es natural que se presentendiferencias mnimas de tiempo entre detonadoresindividuales de la misma serie, tipo y lote de fabricacin,lo que se conoce como dispersin estndar del valorreal de tiempo respecto al valor nominal de retardo;as por ejemplo, un detonador de 20 ms nominalespuede salir con 19 ms 22 ms efectivos. En el mbitointernacional se acepta una dispersin de 5% aunquehay casos que llegan al 10%.En la prctica, la dispersin ocurre cuando disparossucesivos no salen en los tiempos nominales de losretardos, sino que se atrasan o se adelantan fraccionesde tiempo. Por ejemplo, dos taladros contiguos quese inician con retardo de 35 ms el primero y de 50ms el segundo, debiendo ser la diferencia de salidas15 ms, si el primero se atrasa, por ejemplo hasta 39ms y el segundo por lo contrario se adelanta a 45ms, la diferencia de salida real ser de 6 ms.La diferencia mnima para evitar vibraciones del terrenosegn el USBM es de 8 ms.En voladura se define la dispersin con los trminos:1. Sobrelapamiento (overlap), cuando la detonacinde los perodos sucesivos de retardo est fuera desecuencia.2. Estrechamiento (crowding), cuando la detonacinde los perodos sucesivos de retardo est ensecuencia pero es menor de 8 ms.3. Dispersin lateral, es el sobrelapamiento entre filas,o entre taladros de la misma fila.Tambin ocurren menores diferencias de tiempo entreretardos iguales pero de diferentes fechas defabricacin, por lo que se recomienda que en loposible deben utilizarse solamente los de un mismosuministro. Cuando el consumo de diferentes retardoses muy variado, debe tenerse en consideracin estedetalle para el siguiente pedido, para limitar elnmero de sobrantes, que por razones obvias tendrnque mezclarse con los nuevos en los subsiguientesdisparos.Importancia de la cadenciaEl arte de un adecuado diseo de disparo consiste enorientar las salidas de los taladros hacia una cara libre,sin que se produzcan interferencias entre ellos, utilizandoeficientemente los tiempos de retardo disponibles.Tampoco es conveniente combinar los nmeros cero (0) de diferentes series.Para el caso de detonadores no elctricos de retardo podemos citar el siguiente ejemplo; correspondiente a unproductor canadiense:Retardo Largo LD:Nmero 0 1 2 3 4 5 6 7 18Retardo (ms) 0 490 800 1.125 1.400 1.675 1.950 2.275 8.050Retardo Corto SD:Nmero 0 1 2 3 4 5 6 7 25Retardo (ms) 0 30 50 75 100 128 157 190 2.275Los retardos para el cordn detonante de este productor tienen los siguientes tiempos de dilacin: 17; 25; 35; 50;75, 100; 320; 340 (en ms)En este caso pueden incrementarse tiempos intercalndolos en el mismo tramo del cordn. As, con 2 del N 1 sesuma 34 ms para un determinado taladro.Retardo Largo LD Microretardo SD Permisibles (para carbn)0 instantneo 0 instantneo 0 instantneo1 500 ms (0,5 s) 1 25 ms 1 25 ms2 1.000 2 50 2 1003 1.500 3 75 3 1754 2505 300 16 8.000 ms 30 1.000 ms 9 500 msCAPTULO 8152La mayor ventaja de los mtodos de iniciacin conretardos es que facilitan la secuencia o cadencia desalida de los taladros mediante la formacin de nuevascaras libres entre ellos con cada tiro.As, en voladura subterrnea se darn salida primeroal corte de arranque (cuele) y despus a los demstaladros en orden secuente (ayudas, cuadradores, alzasy arrastres) dirigiendo las salidas hacia el vaco dejadopor el arranque, que ser cada vez mayor hasta ocupartoda el rea de voladura.En banqueo superficial el diseo es ms simple,orientando la salida por filas de taladros hacia la caralibre existente, sea con filas paralelas a ella o con filasangulares.No puede hacerse una seleccin del sistema de retardosin conocer al detalle las condiciones locales del frentede voladura, de modo que al proyectar la secuenciade salidas se recomienda tener en cuenta los siguientesaspectos:1. El espaciado entre taladros debe ser igual o mayoral burden, para evitar rompimiento de un taladro aotro.2. Los retardos deben ser lo bastante rpidos parapermitir el fallamiento y movimiento de la roca conanterioridad al asentamiento del material ya aflojadoen todas direcciones.3. La profundidad de los taladros debe exceder alburden y espaciado, para evitar que el cuello actecomo frente libre y se produzca efecto de crter.En voladuras con detonadores de medio segundo, silos taladros son muy prximos y profundos, puedeocurrir que algunas cargas explosionenprematuramente por efecto de explosiones vecinas ypor tanto que los detonadores no produzcan unencendido normal. Se llega incluso a encontrarcartuchos que no han explotado al fondo de lostaladros. Para evitar estos inconvenientes es necesariodeterminar adecuadamente la carga correcta deexplosivos en funcin de la profundidad de los taladrosy sus distancias entre ejes.Con los microretardos no se producen estosinconvenientes ni en las condiciones ms desfavorables,ya que la roca a volar se encuentra casi en su posicininicial cuando acta el ltimo tiro.Normalmente los microretardos proporcionan mayorfragmentacin ya que el efecto de tiempos de accinmuy cortos entre los taladros se traduce en colaboracinentre s para romper la roca, mantenindola sinembargo unida durante el desarrollo de la voladura,disminuyendo la proyeccin. Por lo contrario si seutilizan tiempos de retardos de varios segundos, elproceso tendra resultado completamente distinto,produciendo mala fragmentacin con exceso degrandes pedrones, gran proyeccin y fuerte vibracin.Como ejemplo, retardos de 10 ms producirnfragmentos de tamao pequeo y mediano en mayorproporcin que los de 20 ms, que normalmenteproducen extremos: pequeos y grandes. La serie delos 30 ms a ms dar mayormente fragmentos grandes.Aspectos prcticosEn voladura de bancos es necesario un cierto tiempode retardo entre filas para asegurar una cara libre acada taladro, pero si el tiempo de retardo demasiadoprolongado entre filas adyacentes, el efecto sercontraproducente ya que ellas no se protegern unasa otras durante la detonacin. Por lo que se recomiendamantener un tiempo mximo de retardo entre taladrosadyacentes. Por norma, cuando la distancia de untaladro a los adyacentes es menor de 1,5 m el retardono debe excederse de 100 ms.En disparos alrededor de construcciones donde se debelimitar las vibraciones, algunas veces solamente sepuede permitir el encendido de los taladros en el mismonmero de retardo (el lmite de dilacin por norma esde 8 ms entre huecos).En operaciones subterrneas, por ejemplo enperforacin de tneles, los taladros estn ms cercanos,lo que significa que un tiempo de retardo msprolongado es a menudo recomendado, ya quenormalmente no se tiene que considerar eldesplazamiento, utilizndose detonadores de mediosegundo con excepcin del arranque donde sonrecomendados los de microretardo.ConsiderandosEl ahorro en explosivo en un disparo primarioinstantneo y el mismo pero con retardo no essignificativo, pero si es considerable para el disparosecundario consecuente. Ejemplo: si un primarioinstantneo requiere 0,950 kg/t necesitar 0,300 kg/tms para el secundario, total 1,250 kg/t. El mismoprimario pero con retardo necesitar slo a 0,150 kg/t,para el secundario, es decir de 1 100 kg/t, pero eneste aspecto es ms importante el ahorro en los costosdel paleo, transporte del material, mejor triturado ymenor deterioro del equipo mvil.Los retardos son de construccin delicada. No se lesdebe maltratar porque pueden fallar en la voladura,lo que representa prdida econmica, de tiempo y mstrabajo.No deben almacenarse por muy largo tiempo pues sedeterioran. Algunos fabricantes recomiendan no msde un ao.En cuanto a la seguridad, son conocidas lasrecomendaciones sobre el riesgo de activacin fortuitade detonadores elctricos no aislados (puenteados) porcorrientes estticas extraas.CAPTULO 8153CAPTULO 8154CAPTULO 8155CAPTULO 8156CAPTULO 8157CAPTULO 8158159CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 9O 9O 9O 9O 9160161VOLADURA DE ROCASA. Propiedades fsicasa. DurezaIndica aproximadamente la dificultad de perforarla.b.TenacidadIndica la facilidad o dificultad de romperse bajo elefecto de fuerzas de compresin, tensin e impacto,variando entre los rangos de friable (fcil), intermediaa tenaz (difcil).c. DensidadIndica aproximadamente entre la dificultad paravolarla y vara entre 1,0 a 4,5 g/cm3 en promedio.Rocas densas requieren tambin explosivos densosy rpidos para romperse.d.TexturaTrama o forma de amarre de los cristales o granosy su grado de cementacin o cohesin, tambinrelacionada con su facilidad de rotura.e. PorosidadProporcin de poros u oquedades y su capacidadde captar agua.f. VariabilidadLas rocas no son homogneas en su composicin ytextura. Tienen un alto ndice de anisotropa oheterogeneidad.g. Grado de alteracinDeterioro producido por efecto del intemperismo yaguas freticas, adems de fenmenos geolgicosque las modifican o transforman.B. Propiedades elsticas o de resistenciadinmica de las rocasa. Frecuencia ssmica o velocidad de propagacinde las ondas ssmicas y de sonidoVelocidad con la que estas ondas atraviesan lasrocas.b.Resistencia mecnicaResistencia a las fuerzas de compresin y tensin.c. Friccin internaHabilidad de las superficies internas para deslizarsebajo esfuerzos (rocas estratificadas).d.Mdulo de YoungResistencia elstica a la deformacin.e. Radio de PoissonRadio de contraccin transversal o extensinlongitudinal del material bajo tensin.f. ImpedanciaRelacin de la velocidad ssmica y densidad de laroca versus la velocidad de detonacin y la densidaddel explosivo. Usualmente las rocas con altafrecuencia ssmica requieren explosivos de altavelocidad de detonacin.CAPITULO 9De acuerdo a los criterios de la mecnica de rotura,la voladura es un proceso tridimensional, en el cuallas presiones generadas por explosivos confinadosdentro de taladros perforados en la roca, originan unazona de alta concentracin de energa que producedos efectos dinmicos: fragmentacin y desplazamiento.El primero se refiere al tamao de los fragmentosproducidos, a su distribucin y porcentajes por tamaos,mientras que el segundo se refiere al movimiento dela masa de roca triturada.Una adecuada fragmentacin es importante parafacilitar la remocin y transporte del material volado yest en relacin directa con el uso al que se destinareste material, lo que calificar a la mejorfragmentacin. As, en la explotacin de minerales sebusca preferentemente fragmentacin menuda, quefacilita los procesos posteriores de conminucin en lasplantas metalrgicas, mientras que en la de rocasalgunas veces se requiere que sea en grandes bloques,como los que se emplean para la construccin deataguas o rompeolas. El desplazamiento y la formade acumulacin del material volado se proyecta de lamanera ms conveniente para el paleo o acarreo, deacuerdo al tipo y dimensiones de las palas y vehculosdisponibles.Teniendo en cuenta los diversos criterios que involucraun trabajo de voladura, como el propsito o uso finaldel lugar a excavar o el del material a obtener elvolumen a ser excavado, el grado de fragmentacinpromedio requerido, si la roca excavada se quedarin situ o ser transportada a otro lugar, el tipo y ladimensin del equipo de remocin y acarreodisponible, la proximidad a instalaciones importantesque puedan ser afectadas por vibraciones oproyecciones, adems de otros, es pues necesaria unaplanificacin cuidadosa de la voladura considerandotodos los detalles que puedan influir en sus resultados.Existe una serie de factores o variables que intervienendirecta o indirectamente en la voladura, que sonmutuamente dependientes o que estn relacionados unou otro; unos son controlables y otros no. Son controlables,por ejemplo, las variables de diseo, de perforacin odel explosivo a emplear, mientras que no podemosmodificar la geologa o las caractersticas de la roca.Para facilidad de interpretacin se resume a estosfactores afines en grupos, que suelen denominarsevariables, factores, parmetros o condicionesfundamentales que comprenden:PARMETROS DE LA ROCASon determinantes, debiendo los explosivos y susmtodos de aplicacin adecuarse a las condiciones dela roca. Entre ellos tenemos:162C. Condiciones geolgicasa. EstructuraEs la forma de presentacin de las rocas y est enrelacin con su origen o formacin (macizos,estratos, etc.).b. Grado de fisuramientoIndica la intensidad y amplitud del fracturamientonatural de las rocas. Son importantes la orientacin(rumbo y buzamiento) de los sistemas de fisuras yel espaciamiento entre ellos, as como la aperturay los tipos de relleno en las discontinuidades.c. Presencia de aguaDefine incluso el tipo de explosivo a usar.PARMETROS CONTROLABLESPARMETROS DEL EXPLOSIVOA. Propiedades fsico- qumicasa. DensidadPeso especfico en g/cm3 (a mayor densidad, mayorpotencia), vara entre 0,7 a 1,6 g/cm3. Todoexplosivo tiene una densidad crtica encima de lacual ya no detona.b. Velocidad de detonacin (VOD)Velocidad de la onda de choque, en m/s, califica alos explosivos como detonantes y deflagrantes; amayor velocidad mayor poder rompedor o brisance.c. Transmisin o simpataTransmisin de la onda de detonacin en la columnade carga. Una buena simpata asegura la explosintotal de la columna de carga.d. Resistencia al aguaVara desde nula hasta excelente (varias horas).e. Energa del explosivoSe puede dar en cal/g J/g. Calculada sobre labase de su formulacin, aplicable para estimar sucapacidad de trabajo.f. Sensibilidad a la iniciacinCada explosivo requiere un iniciador o cebo mnimopara iniciarse (usualmente se tiene como referencia aldetonador N 8 para calificarlos como altos explosivos(sensibles) y agentes de voladura (insensibles), por loque requieren un cebo ms potente).g. Volumen normal de gasesCantidad de gases en conjunto generados por ladetonacin de 1 kg de explosivo a 0C y 1 atm depresin, expresado en litros/kg.Indica aproximadamente la cantidad de energadisponible para el trabajo a efectuar y generalmentevara entre 600 y 1 000 litros/kg.h. Presin de taladroFuerza de empuje que ejercen los gases sobre lasparedes del taladro. Se expresa en kg/cm2, en kilobares(kbar) o en Megapascales (MPa) en el sistema SI.Para evaluarla se aplican las mismas ecuaciones deestado como las que valen en el estado dedetonacin y explosin, tomando en cuenta lavariacin del volumen.Esta presin vara con el confinamiento. As, unexplosivo con densidad 1,25 y g/cm3 una presinde explosin de 3 500 MPa en taladro lleno al 100%,cuando se llena slo al 90% llega aproximadamentea 2 600 MPa y cuando slo se llena al 80% bajarhasta cerca de 1 900 MPa.i. Categora de humosFactor de seguridad que califica su toxicidad (todoslos explosivos generan gases de CO y NO endiferentes proporciones).CONDICIONES DE LA CARGAA. Dimetro de la carga(dimetro del taladro)Influye directamente sobre el rendimiento delexplosivo y la amplitud de la malla de perforacin.Todo explosivo tiene un dimetro crtico; por debajode ese dimetro no detonan.B. Geometra de la cargaRelacin entre el largo de la carga con su dimetroy el punto donde es iniciada. Se refleja en el procesode rompimiento y en la formacin de zonas defracturacin en las cargas cilndricas de los taladrosde voladura.C. Grado de acoplamientoRadio del dimetro de carga al dimetro del taladro.El acoplamiento fsico entre la carga explosiva y laroca permite la transferencia de la onda de choqueentre ellas, teniendo un carcter muy significativosobre el rompimiento.El efecto de trituracin depende mucho del contactodirecto del explosivo con la roca. Eldesacoplamiento tiene enorme efecto sobre el gradode confinamiento y sobre el trabajo del explosivo,ya que la presin de taladro decrecer con elaumento del desacoplamiento. Esta condicinpuede incluso ocasionar que los gases liberadospor la explosin se aceleren ms rpidamente quela onda de detonacin en la columna de carga,acumulndola al descomponer al explosivo por elfenmeno denominado efecto canal o presin demuerte (dead pressing).El desacoplamiento es recomendable slo para lavoladura controlada o amortiguada, donde formaun colchn de aire que amortigua el impacto, conlo que disminuye la fragmentacin.Para voladura convencional se recomienda que larelacin entre dimetro de taladro y dimetro decartucho no sea mayor que 1,2:1. Como porejemplo: cartuchos de 32 mm de dimetro parataladros de 40 mm de dimetro, o cartuchos de 42mm de dimetro para taladro de 50 mm dedimetro.CAPTULO 9163D. Grado de confinamientoDepende del acoplamiento, del taqueo o acabado,del uso de taco inerte para sellar el taladro y de lageometra de la carga (burden y distancia entre lostaladros).Un confinamiento demasiado flojo determinar unpobre resultado de voladura. Por otro lado, un altogrado de confinamiento (por excesivo atacado delexplosivo) puede incrementar tanto su densidad quelo puede hacer insensible a la transmisin de laonda de detonacin y fallar.Los explosivos a granel (ANFO, emulsin) en bancosse confinan por s solos.E. Densidad de carguo (Dc)Da la medida de llenado de un taladro. En el casode un llenado perfecto sin dejar el menor espaciodesocupado tendremos por definicin una densidadde carguo = 1.En general, cuando un taladro se llena al X% de suespacio ocupado por explosivo tendremos Dc = 0,92.F. Distribucin de carga en el taladroLa carga explosiva puede ser de un solo tipo entodo el taladro (carga nica) o tener primeroexplosivo ms denso y potente (carga de fondo) yluego explosivo menos denso (carga de columna).Tambin pueden ser varias cargas de igual o distintotipo separadas entre s por material inerte (cargasespaciadas o decks).G. Tipo y ubicacin del ceboPuede emplearse el cebo nico, el cebado mltiple(dos o ms en rosario en la misma columna decarga, o una en cada deck en cargas espaciadas) yel cebado longitudinal (axial), ste generalmentecon cordn detonante.H. Distribucin de energa, en cal/t de rocaLa energa aplicada sobre la roca depender de ladistribucin de la carga en el taladro, de la densidaddel carguo, del punto de iniciacin y del tipo deexplosivo utilizado, mientras que el consumo til deenerga est vinculado al confinamiento y tiempode duracin del proceso de rotura antes que losgases se disipen en el ambiente.Alrededor de la columna explosiva la fracturamientopresenta cierta zonificacin; el rea de crter o decavidad de la explosin donde procesoshidrodinmicos asociados a la detonacin producenla volatilizacin y pulverizacin de la roca, la zonade transicin donde la presin y tensin se reducenrpidamente originando un flujo plstico o viscosode la roca acompaado por trituracin ydesintegracin, finalmente la zona ssmica dondela tensin se encuentra ya por debajo del lmiteelstico de la roca y donde ya no se presentafragmentacin si no hay caras libres.La densidad de carguo y la distribucin del explosivotienen influencia en esta zonificacin. As, un taladrocon carga normal de columna con refuerzo de cargade fondo tendr un buen rompimiento al piso. Porlo contrario, si la mayor densidad de carga esthacia la boca del taladro, el tiro proyectardemasiados fragmentos volantes y tendr malrompimiento al piso. Igualmente, es diferente elresultado entre una carga concentrada al fondo yotra en la que se empleen cargas alternadas contacos a lo largo del taladro (deck charges).Las cargas desacopladas y el empleo de explosivosde baja presin de detonacin normalmenteeliminan la zona de trituracin y controlan el rumboy extensin de las grietas en la voladuraamortiguada.I. Intervalos de iniciacin de las cargas (timing)Los taladros deben ser disparados manteniendo unasecuencia ordenada y correcta, para crear las caraslibres necesarias para la salida de cada taladro, loque se logra con los detonadores de retardo o conmtodos de encendido convencional escalonados.J. Variables de perforacinTienen importante influencia en los resultados dela voladura:a. La profundidad del taladro respecto a la altura debanco en superficie y al avance estimado en tneles.b. La malla de perforacin, relacin de burden yespaciamiento entre taladros, importante para lainteraccin entre ellos.c. Dimetro del taladro, base para determinar elburden y el consumo de explosivo. Las brocas deperforacin tienen desgaste variable segn el tipode roca, tendiendo a reducir paulatinamente sudimetro (bit wear factor), especialmente enperforaciones de pequeo dimetro.d. Inclinacin del taladro, controlada, como en laperforacin radial o en abanico y desviacin deltaladro (fuera de control, perjudica el performancedel explosivo y por tanto la fragmentacin y avance).Otros factores que se deben considerar en elplaneamiento de un disparo son el costo de perforaciny el costo del explosivo, con base en el consumo totalde explosivo por m3 o tonelada de roca movida (factorde carga en kg/m3). Tambin para ciertos tipos deexplosivo su vida til (shelf life).CONDICIONES GENERALES PARA EL TRABAJOEFICIENTE DE LOS EXPLOSIVOSA.Deben contar con cara libre para facilitar la salidadel material fragmentado.B. Deben estar confinadas, para aumentar su densidadde carga (atacado con vara de madera en subsuelo,compactacin con aire comprimido en carguo agranel en subterrneo y por gravedad en superficie).Sellado del taladro con taco inerte.C.Deben ser cuidadosamente cebados.D.Deben ser disparados manteniendo una secuenciaordenada de salidas (temporizacin).CAPTULO 9164E. El espaciamiento entre taladros debe ser el adecuadopara permitir la interaccin de las grietas radiales entreellos; de lo contrario habr mala fragmentacin,incluso hasta pueden soplarse sin efecto rompedor.CAMPOS DE APLICACIN DE LA VOLADURALos explosivos industriales se emplean en dos tipos devoladuras subterrneas y de superficie.Los trabajos subterrneos comprenden: tneles vialese hidrulicos, excavaciones para hidroelctricas y dealmacenamiento, galeras y desarrollos de explotacinminera, piques, chimeneas, rampas y tajeos deproduccin. Son efectuados con el empleo mayoritariode dinamitas y emulsiones encartuchadas de diferentesgrados de fuerza y resistencia al agua, con agentes devoladura granulares, secos como ANFO y Examoncargados neumticamente y eventualmente emulsionespuras sensibles a granel, cargadas por bombeo.Las dinamitas (gelatinas, semigelatinas, pulverulentasy permisibles) se comercializan encartuchadas en papelparafinado, en dimetros que van desde 22 mm (7/8) hasta 76 mm (3), las emulsiones sensibilizadas encartuchos de lmina de plstico y en pocos casos enpapel parafinado (ejemplo: Semexsa-E), en dimetrosdesde 22mm (7/8) y los agentes granulares en bolsasa granel.Los trabajos de superficie comprenden: apertura decarreteras, canales, canteras de material para laconstruccin, cimentaciones, demoliciones y minas atajo abierto, los que son efectuados con dinamitas yemulsiones de pequeo a mediano dimetro, ANFOy Examon en canteras y obras viales, mientras que lostajos abiertos tienen empleo mayoritario de ANFO agranel, ANFO Pesado, Slurries emulsiones (en cartuchosde lmina plstica PVC hasta 8 de dimetro (203 mm)y a granel en carguo mecanizado en taladros de 127mm (5) hasta 304 mm (12) de dimetroEVALUACIN DE LA VOLADURAUna voladura se evala por los resultados obtenidos.Para calificarla se consideran los siguientes aspectos:volumen de material movido, avance del disparo, pisos,fragmentacin, forma de acumulacin de los detritos,costo total del disparo.A. El volumen o tonelaje del material movido deberser igual o cercano al volumen terico calculadopreviamente considerando el esponjamiento delmaterial roto.B. El avance del frente disparado en voladura debancos en superficie deber sobrepasar la ltimafila de taladros.En tneles y galeras el avance mximo es equivalentea la amplitud del tnel, por tanto el avance deberser al menos igual a la profundidad de los taladros.La periferia en los tneles deber ser igual a laproyectada; si resulta menor, requerir ensancheadicional (desquinche). Por otro lado, si sobrepasael lmite especificado resultarn problemas de costo,y en ciertos casos problemas de estabilidad y gastosde sostenimiento.C. El nivel del piso en bancos o el piso del nuevo bancodisparado debe resultar al mismo nivel del existente.Si se presentan irregularidades como lomos (toes),debe presumirse muy poca sobreperforacin o faltade carga de fondo. Estos lomos dificultan el trabajode las palas cargadoras y requieren trabajoadicional, usualmente de voladura secundaria paraeliminarlos.En galeras y tneles es indispensable mantener elnivel del piso para el drenaje de agua y para eltendido de lneas de riel donde se utilice transportecon locomotora.D. El grado de fragmentacin del material disparadoo el tamao promedio requerido de los fragmentosdepende del trabajo en que se van a emplear, peropor lo general la fragmentacin demasiado gruesao demasiado menuda son inconvenientes. Debeobservarse el porcentaje de pedrones grandes quetendrn que ser reducidos posteriormente.La fragmentacin tiene relacin directa con lafacilidad de paleo y transporte y con sus costos.E. La sobrerotura (over break) y la sobre rotura haciaatrs (back break) en bancos, afectan la estabilidadde la nueva cara libre de voladura y a los taladrosque hayan sido perforados a continuacin de laltima fila disparada.Generalmente indica exceso de carga explosiva enla ltima fila de taladros.En tneles y labores subterrneas debilita y agrietaa la roca remanente en toda la periferia, afectndolaa profundidad, con el riesgo de colapso del techoo paredes. Aparte de condiciones geolgicas deincompetencia, debilidad estructural y alto gradode fracturamiento, tienen responsabilidad en esteproblema el exceso de carga explosiva y/o elencendido instantneo o con tiempos muy cortosentre taladros, debido al fuerte golpe que producen.F. El desplazamiento y acumulacin del material volado,debe ser adecuado para facilitar las operaciones decarga y acarreo. La forma de acumulacin seproyecta de acuerdo al tipo de equipo que se va aemplear en la limpieza del disparo.La forma aproximada de los montculos de detritosse consigue con el trazo de perforacin y con eldiagrama del tendido de iniciacin, distribucin delos retardos y de la disposicin de las caras libres.As, una distribucin con amarres en V resulta enun montculo central, mientras que un amarre enlneas longitudinales resultar en acumulacin a lolargo de toda la cara del frente disparado.G. La falta de desplazamiento: Cuando un disparorompe material pero no se mueve de su sitio, sedice que el tiro se ha congelado. Esto se traduceCAPTULO 9165en mala fragmentacin en la parte inferior e interiordel banco, en dificultad para la remocin delmaterial roto y en riesgo de encontrar materialexplosivo no detonado. Esto ocurre generalmentecuando los retardos no funcionan o no han sidodistribuidos adecuadamente, y en subterrneocuando falla el arranque.H. La dispersin de fragmentos a distancia, ademsde incrementar el riesgo de proyeccin defragmentos volantes, tiene el inconveniente en minasde diluir el material de valor econmico almezclarlo con desmonte, cuando se desparramalejos de la cara de voladura.Generalmente indica excesiva carga explosiva haciael cuello del taladro, o falta de taco inerte.I. Costo de la voladura. Para determinar el costo totalde una voladura, adems del costo de perforacin(aire, barrenos, aceite, depreciacin de la mquina,etc.) costo de explosivos, accesorios y planilla delpersonal (valorados en soles o dlares/TM) se debentener en cuenta los costos de carguo y acarreo delmaterial triturado, ms los adicionales de voladurasecundaria de pedrones sobre dimensionados y losde empleo de equipo adicional para eliminar lomosal piso. Todos ellos, aparte del avance y del volumeno tonelaje movido, representan el real rendimientoo resultado econmico de la voladura.Aparte de la evaluacin visual del disparo, sujeta ala experiencia del observador, se cuenta actualmentecon equipos de control sofisticados, como cmarasde video o pelcula de alta velocidad, sismgrafos,equipos y software para determinar la granulometradel material obtenido, instrumentos topogrficosrpidos y precisos para determinar el contorno delrea disparada y cubicarla, instrumentos para ladeteccin y control de gases en las fronteras y parala medicin de velocidad de detonacin (VOD)dentro de taladros, y otros, que ayudan a interpretarla informacin de campo en forma rpida y precisa.VOLADURA EN SUPERFICIELa voladura de rocas en superficie comprende trabajosde explotacin minera en bancos de canteras y tajosabiertos, obras de ingeniera civil y vial como excavaciones,canales, zanjas, cortes a media ladera y trabajosespeciales como rotura secundaria de pedrones,demoliciones y voladuras controladas (smooth blasting)pero fundamentalmente se concreta en bancos.A. Voladura en bancos. Aspectos generalesa. DefinicinLos bancos son excavaciones similares a escalonesen el terreno. Su caracterstica principal es la de tener,como mnimo, dos caras libres, la superior y la frontal.b. TiposSegn su envergadura se consideran dos tipos:1. Voladuras con taladros de pequeo dimetro,de 65 a 165 mm.2. Voladuras con taladro de gran dimetro, de 180a 450 mm.b. Por su aplicacin o finalidad son:1. ConvencionalBusca la mxima concentracin, esponjamiento ydesplazamiento del material roto, aplicada paraexplotacin minera.2. De escolleraPara obtener piedras de gran tamao.3. De mximo desplazamiento (cast blasting)Para proyectar gran volumen de roca a distancia.4. De crterCon taladros cortos y gran dimetro, para desbrocede sobrecapas y otros.5. Zanjas y rampasExcavaciones lineares confinadas.6. Excavaciones vialesPara carreteras, autopistas, laderas y tambin paraproducir material fino para ripiado o para agregadosde construccin.7. Para cimentaciones y nivelacionesObras de ingeniera civil o de construccin.8. De aflojamiento o prevoladurasFracturamiento adicional a la natural de macizosrocosos, sin apenas desplazarlos, para remover terrenoagrcola, incrementar la permeabilidad del suelo oretirarlo con equipo ligero o escariadoras (scrapers) etc.9. Tajeos minerosMuchos trabajos de minera subterrnea se basan enlos parmetros de bancos cuando tienen ms de doscaras libres, (ejemplos: tajeos VCR, bresting y otros).Lo que busca una voladura es la mxima eficiencia almenor costo y con la mayor seguridad, lo que se refleja,entre otros aspectos, en:- Grado de fragmentacin obtenido.- Esponjamiento y rango de desplazamiento.- Volumen cargado versus tiempo de operacin delequipo.- Geometra del nuevo banco; avance del corte, pisos,estabilidad de taludes frontales y otros, aspectosque se observan y evalan despus del disparo paradeterminar los costos globales de la voladura yacarreo.B. Elementos para el diseo de voladurasen bancosTambin denominados parmetros de la voladura, sondatos empleados en el clculo y diseo de disparos.Unos son invariables, como los correspondientes a lascaractersticas fsicas de la roca: densidad, dureza,grado de fisuramiento, coeficientes de resistencia aCAPTULO 9166deformacin y rotura, etc; y otros son variables, es decirque podemos modificarlos a voluntad, de acuerdo a lasnecesidades reales del trabajo y condiciones del terreno.Estos parmetros controlables se pueden agrupar en:a. Geomtricos: altura, ancho y largo del banco, talud,cara libre.b. De perforacin: dimetro y longitud del taladro,malla.c. De carga: densidad, columna explosiva, longitudde taco, caractersticas fsico-qumicas del explosivo.d. De tiempo: tiempos de retardo entre taladros,secuencia de salidas de los disparos.A continuacin se describen brevemente los msdeterminantes mostrados en un grfico de un bancoconvencional.a. Dimensin de la voladuraComprende al rea superficial delimitada por el largodel frente y el ancho o profundidad de avance proyectados(m2) por la altura de banco o de corte (H), en m3.L x A x H = volumen totaldonde:L : largo, en m.A : ancho, en m.H : altura, en m.Si desean expresarse en toneladas de material in situse multiplica por la densidad promedio de la roca omaterial que pretende volarse.L x A x H x r x 1 000 = masa totaldonde:r : densidad de la roca, en kg/m3.b. Parmetros dimensionales1. Dimetro de taladro ()La seleccin del dimetro de taladro es crticaconsiderando que afecta a las especificaciones de losequipos de perforacin, carga y acarreo, tambin alburden, espaciamiento distribucin de la cargaexplosiva, granulometra de la fragmentacin, tiempoa emplear en la perforacin y en general a la eficienciay economa de toda la operacin.Para determinar el dimetro ptimo en la prctica, seconsideran tres aspectos:1. La disponibilidad y aplicabilidad del equipo deperforacin en el trabajo proyectado.2. La altura de banco proyectada y la amplitud oenvergadura de las voladuras a realizar.3. La distancia lmite de avance proyectada para elbanco.Con dimetro pequeo los costos de perforacin y depreparacin del disparo normalmente son altos y seemplea mucho tiempo y personal, pero se obtienemejor distribucin y consumo especfico del explosivo,permitiendo tambin efectuar voladuras selectivas.El incremento de dimetro aumenta y mantiene establela velocidad de detonacin de la carga explosiva,incrementa el rendimiento de la perforacin y el de losequipos de acarreo, disminuyendo el costo global dela voladura. Adems facilita el empleo de camionescargadores de explosivos. Por otro lado, si la roca avolar presenta sistemas de fracturas muy espaciadas oque conforman bloques naturales, la fragmentacin aobtener puede ser demasiado gruesa o irregular.En bancos de canteras y en obras civiles de superficielos dimetros habituales varan entre 50 y 125 mm (2a 5) mientras que en la minera por tajos abiertosvaran entre 150 a 310 mm (6 a 12) y llegan hasta451 mm (15).El mximo dimetro a adoptar depende de laprofundidad del taladro y, recprocamente, la mnimaprofundidad a la que puede ser perforado un taladrodepende del dimetro, lo que usualmente se expresacon la igualdad:L = 2 donde:L : la mnima longitud del taladro, en pies. : es el dimetro del taladro, en pulgadas.EjemploSi = 3, tendremos que L = 2 x 3 = 6 pies.Usualmente el dimetro se expresa por el smbolo .En forma prctica se puede determinar considerandoque el dimetro adecuado expresado en pulgadasser igual a la altura de banco en metros, divididaentre cuatro: = H/4EjemploPara un banco de 5 m de altura: 5/4 = 1,25 = 32mm, o tambin = 1 .2. Longitud o profundidad de taladro (L)La longitud de taladro tiene marcada influencia en eldiseo total de la voladura y es factor determinante enel dimetro, burden y espaciado.Es la suma de altura de banco ms la sobreperforacinnecesaria por debajo del nivel o razante del piso paragarantizar su buena rotura y evitar que queden lomoso resaltos (toes), que afectan al trabajo del equipo delimpieza y deben ser eliminados por rotura secundaria.Esta sobreperforacin debe ser por lo menos de 0,3veces el valor del burden, por tanto:L = H + 0,3 Bdonde:H : altura del banco.B : burden.CAPTULO 9167Esta relacin es procedente para taladros verticales queson los ms aplicados en las voladuras de tajo abiertocon taladros de gran dimetro, pero en muchascanteras de pequea envergadura se perforan taladrosinclinados, en los cuales la longitud de taladro aumentacon la inclinacin pero, por lo contrario, lasobreperforacin (SP) disminuye, estimndose por lasiguiente relacin:L = H + 1 - x SP Cos () 100donde:L : longitud del taladro.H : altura de banco. : ngulo con respecto a la vertical, en grados.SP : sobreperforacin.La perforacin inclinada, paralela a la cara libre delbanco, al mantener uniforme el burden a todo lo largodel taladro proporciona mayor fragmentacin,esponjamiento y desplazamiento de la pila deescombros, menor craterizacin en la boca o collardel taladro, menor consumo especfico de explosivos ydejan taludes de cara libre ms estables. Por locontrario, aumenta la longitud de perforacin, ocasionamayor desgaste de brocas, varillaje y estabilizadores,dificulta la carga de explosivos y tiende a desviacinde los taladros, especialmente con los mayores a 20 m.3. La sobreperforacin (SP)Tal como se indic anteriormente es importante en lostaladros verticales para mantener la razante del piso. Siresulta corta normalmente reproducirn lomos, pero sies excesiva se producira sobre excavacin conincremento de vibraciones y de los costos de perforacin.En la prctica, teniendo en cuenta la resistencia de laroca y el dimetro de taladro, se estima los siguientesrangos:Tipo de Roca SobreperforacinBlanda a media De 10 a 11 Dura a muy dura 12 Tambin es usual la relacin: SP = 0,3 B, en donde Bes el burden.4. Longitud de taco (T)Normalmente el taladro no se llena en su parte superioro collar, la que se rellena con material inerte que tienela funcin de retener a los gases generados durante ladetonacin, slo durante fracciones de segundo,suficientes para evitar que estos gases fuguen comoun soplo por la boca del taladro y ms bien trabajenen la fragmentacin y desplazamiento de la roca entoda la longitud de la columna de carga explosiva.T = L + SP/3o igual a la del burden:T = BSi no hay taco los gases se escaparn a la atmsferaarrastrando un alto porcentaje de energa, que deberaactuar contra la roca. Si el taco es insuficiente, ademsde la fuga parcial de gases se producir proyeccinde fragmentos, craterizacin y fuerte ruido por ondaarea. Si el taco es excesivo, la energa se concentraren fragmentos al fondo del taladro, dejando grancantidad de bloques o bolones en la parte superior,especialmente si el fisuramiento natural de la roca esmuy espaciado, resultando una fragmentacin irregulary poco esponjada y adicionalmente se generar fuertevibracin.Normalmente como relleno se emplean los detritosde la perforacin que rodean al taladro, arcillas opiedra chancada fina y angulosa. En ocasiones entaladros inundados se deja el agua como taco cuandola columna de carga es baja (tambin en voladurasubacutica).En la prctica su longitud usual es de 1/3 del largototal del taladro.Si se tiene en cuenta al burden y resistencia de la roca,el taco variar entre T = 0,7 B para material muycompetente, como granito homogneo, o en un radiode taco o burden que puede aproximarse a 1, es decir:T = B para material incompetente con fisuras y fracturasabiertas.En la prctica tambin se relaciona el dimetro con laresistencia a compresin, con valores para roca blandaa intermedia de:T = 33 a 35 ,y para roca dura a muy dura de:T = 30 a 32 en canteras.En bancos con mayor dimetro variar entre: 40 para roca blanda a 25 para roca muy dura.En material suelto o incompetente, como es unasobrecapa de suelo y detritus que recubra a la roca enun trabajo de desbroce de mina, o de una obra vial,esta relacin ser mucho mayor, generalmente delradio 2:1 sobre la roca (ejemplo: 2 m de sobrecapasern aproximadamente iguales a 1 m de roca, parapropsitos de taqueo).En desbroce tambin se puede aplicar la razn deburden T = 0,7 B sumndole la mitad del espesor dela sobrecapa:T = 0,7 B + (SC/2)donde:SC : espesor de sobrecapa.EjemploPara sellar un taladro con 2 m de burden y 1,20 m desobrecapa de tierra, el taco deber ser de:CAPTULO 91680,7 x 2,0 + (1,20/2) = 2 m (aprox. 7)Para estimar el taco en taladros perforados en taludesinclinados se mantendr la relacin 2:1, considerando alburden como la distancia desde el tope de la columnaexplosiva hasta la cara libre ms cercana, lo que serepresenta con un tringulo rectngulo en el que la basees el burden y el cateto menor es la longitud del taco(ejemplo: para 1,50 m de burden el taco ser de 1,0 m).Usualmente, cuando el terreno es muy irregular o suelevacin cambia drsticamente, el tamao del tacotambin variar para cada taladro.En algunas voladuras se mantiene igual longitud detaco para todos los taladros, mientras que otras se diseancon mayor longitud en la primera y ltima filas, parabajar la altura y fuerza de la columna explosiva con loque se limita la proyeccin frontal y la rotura hacia atrs.Para taladros largos, delgados, no siempre es necesarioel taco inerte real, siempre y cuando no se presenteuna excesiva prdida de gases y presin.5. Altura de banco (H)Distancia vertical desde la superficie horizontal superior(cresta) a la inferior (piso).La altura es funcin del equipo de excavacin y carga,del dimetro de perforacin, de la resistencia de laroca de la estructura geolgica y estabilidad del talud,de la mineralizacin y de aspectos de seguridad.En un equipo de carga y acarreo son determinantes lacapacidad volumtrica (m3) y la altura mxima deelevacin del cucharn, adems de su forma de trabajo(por levante en cargadores frontales y palas rotatoriaso por desgarre hacia abajo en retroexcavadoras).Normalmente los cargadores frontales a ruedas seemplean en bancos de 5 a 10 m de altura, con taladrosde 65 a 100 mm (2 a 5) de dimetro, mientrasque las excavadoras y grandes palas a oruga, enbancos de 10 a 15 m y ms, con taladros de 100 mm(4 a 12) o de dimetro, pudindose estimar la alturade banco con la siguiente frmula:H = 10 + 0,57 (C 6)donde:C : es la capacidad del cucharn de laexcavadora en m3.Segn el dimetro de taladro en voladuras de tajoabierto en relacin con la resistencia de la roca, seestima que para roca suave alcanzara a unos 50dimetros y para roca muy dura a unos 35 dimetros.Para calcular la altura ms adecuada o econmica enforma prctica, se estimar cuatro veces en metros eldimetro del taladro dado en pulgadas: H (en mm) =4 , donde es el dimetro de taladro; as, para undimetro de 2 la altura ser de 8 m.Por otro lado, se debe tener en cuenta que si la alturade banco es igual al burden (1:1) la fragmentacinresultar gruesa, con sobreexcavacin y lomos al piso,porque la cara libre no se podr flexionar. Si la alturaes el doble del burden (2:1) la fragmentacin mejoray los lomos disminuyen. Si la altura de banco es tres oms veces mayor (3:1) la relacin H/B permitir laflexin, logrndose fragmentacin menuda yeliminacin de los otros efectos.Otra relacin prctica indica que la altura de banco debeser mayor que el dimetro de la carga explosiva, es decir:(H x )/15En donde H en m y en mm.As, para un dimetro de 100 mm (4) resulta una alturamnima de 6,6 m, lo que indica que la altura prcticadebe ser mayor a esa cifra.Por otro lado el dimetro mximo de taladro sugerido(en mm) para una altura de banco conocida, deberaser igual a la altura, en metros, multiplicada por 15. max = 15 HEn donde en mm y H en m.As, con un banco de 8 m el dimetro mximo deberaser de 8 x 15 = 120 mm.6. Burden (B)Tambin denominada piedra, bordo o lnea de menorresistencia a la cara libre. Es la distancia desde el pie oeje del taladro a la cara libre perpendicular mscercana. Tambin la distancia entre filas de taladrosen una voladura.Se considera el parmetro ms determinante de lavoladura. Depende bsicamente del dimetro deperforacin, de las propiedades de la roca, altura de bancoy las especificaciones del explosivo a emplear. Se determinaen razn del grado de fragmentacin y al desplazamientodel material volado que se quiere conseguir.Si el burden es excesivo, la explosin del taladroencontrar mucha resistencia para romperadecuadamente al cuerpo de la roca, los gasesgenerados tendern a soplarse y a craterizar la bocadel taladro. Por el contrario, si es reducido, habrexceso de energa, la misma que se traducir en fuerteproyeccin de fragmentos de roca y vibraciones.En la prctica, el burden se considera igual al dimetrodel taladro en pulgadas, pero expresado en metros.As, para un dimetro de 3 el burden aproximadoser de 3 m, conocindose como burden prctico a larelacin emprica: (en pulg.) = B (en m).Tambin se aplican las siguientes relaciones prcticassegn Languefors:B = 0,046 (mm)Tomando en cuenta la resistencia a compresin de lasrocas en taladros de mediano dimetro, el burden variarentre 35 y 40 veces el dimetro para roca blanda y entre33 a 35 veces el dimetro para roca dura a muy dura.CAPTULO 9169su grado de fracturamiento, mediante la siguiente frmula: B = (db/33) x P x S c x f x (E/B)donde:B : burden, en metros.P : grado de compactacin que puede estarentre 1,0 y 1,6 kg/dm3.S : potencia relativa del explosivo (por ejemplode 1,3 para una Gelatina Especial).c : constante para la roca, generalmente entre0,45 y 1,0.f : grado de fractura. Para taladro vertical elvalor es de 1.E : espaciamiento entre taladros.E/B : radio de espaciamiento a burden.db : dimetro de broca.Empleando valores mtricos para esta frmula tenemos:P = 1,25 kg/dm3S = 1c = 0,45f = 1E = 1,25 B = (db/33) x 1,25 x 1 0,45 x 1 x (1,25/B)B = db/22; si consideramos que el dimetro de brocadb = 75 mm (3) tendremos:B = 75,9/22 = 3,5 m (11,3 pies)Languefors muestra una relacin que determina elradio de dimetro de broca a burden.9. Frmula de C. KonyaBasada en las teoras del Dr. Ash. Determina el burdencon base en la relacin entre el dimetro de la cargaexplosiva y la densidad, tanto del explosivo como dela roca, segn:B = 3,15 e x 3 e rdonde:B : burden, en pies.e : dimetro del explosivo, en pulgadas.e : densidad del explosivo.r : densidad de la roca.EjemploPara un taladro de 3 de dimetro a cargarse con unANFO de 0,85 de densidad, en una roca calcrea de2,7 de densidad, el burden deber ser de:e = 3e = 0,85r = 2,70luego: B = 3,15 x 3 x 3 0,85 = 6,4 pies 2,70Tomando en cuenta el tipo de explosivo en taladros demediano a gran dimetro, la relacin ser:Con dinamita:En roca blanda : B = 40 En roca muy dura : B = 38 Con emulsiones e hidrogel:::::En roca blanda : B = 38 En roca muy dura : B = 30 Con Examon o ANFOEn roca blanda : B = 28 En roca muy dura : B = 21 As por ejemplo, para roca dura a volar con ANFO entaladros de 3 de dimetro tenemos: B = 40 x 3 = 120 x 2,54 = 3,05 (igual a 3 m).Usualmente se considera:B = 40 Otra definicin dice que el burden, en metros,normalmente es igual al dimetro de la carga explosivaen milmetros multiplicado por un rango de 20 a 40,segn la roca. As por ejemplo: el burden para unacarga de 165 mm de dimetro ser: 165 x 20 = 3,3 m y 165 x 40 = 6,6 m.Por otro lado, se consideran dimensiones tpicas enminera y canteras a las siguientes relaciones:B = 32 Para roca con densidad promedio menor de 3,3 g/cm3,( es el dimetro de carga).B = 26 Para roca con densidad promedio mayor de 3,3 g/cm3,( es el dimetro de carga).Con criterios ms tcnicos se han propuesto variasfrmulas para el clculo del burden, que involucranparmetros de la perforacin y de la roca, pero todasal final sealan valores entre 25 a 40 , dependientesprincipalmente de la calidad y resistencia de la roca.Aunque no es propsito de este manual detallarlas, semencionan algunas, como referencia.7. Frmula de AndersenConsidera que el burden es una funcin del dimetroy longitud del taladro, describindola as: B = x Ldonde:B : burden. : dimetro del taladro, en pulgadas.L : longitud del taladro, en pies.La relacin longitud de taladro-burden o altura debanco, influye sobre el grado de fragmentacin.8. Frmula de LangeforsConsidera adems la potencia relativa del explosivo,el grado de compactacin, una constante de la roca yCAPTULO 917010. Frmula de AshConsidera una constante kb que depende de la clasede roca y tipo de explosivo empleado:B = kb x 12donde:B : burden. : dimetro de taladro.kb : constante, segn el siguiente cuadro:Clase Densidad Clase de rocade (g/cm3)roca Blanda Media DuraBaja 0,8 a 0,9 30 25 20densidady potenciaDensidad 1,0 a 1,2 35 30 25y potenciamediasAlta 1,2 a 1,6 40 35 30densidady potenciaEstas constantes varan para el clculo de otrosparmetros, como se indica:----- Profundidad de taladroL= Ke x B, (Ke entre 1,5 y 4).----- EspaciamientoE = Ke x B,donde:Ke = 2,0 para iniciacin simultnea de taladros.Ke = 1,0 para taladros secuenciados con retardos largos.Ke = 1,2 a 1,8 para taladros secuenciados con retardos cortos.----- Longitud de tacoT = Kt x B (Kt entre 0,7 y 1,6).----- SobreperforacinSp = Ks x B (Ks entre 0,2 y 1).El burden se mantiene para la primera y dems filasde taladros con salidas paralelas, pero se reducecuando los taladros se amarran en diagonal (CorteV y echeln).11. Espaciamiento (E)Es la distancia entre taladros de una misma fila que sedisparan con un mismo retardo o con retardosdiferentes y mayores en la misma fila.Se calcula en relacin con la longitud del burden, a lasecuencia de encendido y el tiempo de retardo entretaladros.Al igual que con el burden, espaciamientos muypequeos producen exceso de trituracin y craterizacinen la boca del taladro, lomos al pie de la cara libre ybloques de gran tamao en el tramo del burden. Porotro lado, espaciamientos excesivos producenfracturacin inadecuada, lomos al pie del banco y unasnueva cara libre frontal muy irregular.En la prctica, normalmente es igual al burden paramalla de perforacin cuadrada E = B y de E = 1,3 a1,5 B para malla rectangular o alterna.Para las cargas de precorte o voladura amortiguada(smooth blasting) el espaciamiento en la ltima fila de lavoladura generalmente es menor: E = 0,5 a 0,8 B cuandose pretende disminuir el efecto de impacto hacia atrs.Si el criterio a emplear para determinarlo es lasecuencia de salidas, para una voladura instantneade una sola fila, el espaciado es normalmente de E =1,8 B, ejemplo para un burden de 1,5 m (5) elespaciado ser de 2,9 m (9).Para voladuras de filas mltiples simultneas (igualretardo en las que el radio longitud de taladro a burden(L/B) es menor que 4 el espaciado puede determinarsepor la frmula:E = B x Ldonde:B : burden, en pies.L : longitud de taladros, en pies.En voladura con detonadores de retardo elespaciado promedio es aproximadamente de:E = 1,4 BSi el criterio a emplear en taladros de mediano dimetroes la resistencia a comprensin, para roca blanda amedia variar de 50 a 45 y para roca dura a muydura de 43 a 38 . Si adems de la resistencia seinvolucra el tipo de explosivo, para taladros de medioa gran dimetro se puede considerar lo siguiente:- Con Examon y ANFO:Para roca blanda a media : E = 27 a 33 .Para roca dura a muy dura : E = 25 a 24 .- Con emulsiones, hidrogeles y ANFO Pesado:Para roca blanda a media : E = 37 a 45 .Para roca dura a muy dura : E = 35 a 34 .12. Radio longitud a burden ( L/B)La relacin ideal de longitud a burden es de 3:1 quesirve de referencia para comprobar el burden ydimetro ptimos, mediante tanteos con diferentesdimetros hasta aproximarnos lo ms posible a 3, enbase al burden obtenido con la frmula de Konya.Ejemplo, teniendo los siguientes valores:Dimetro del explosivo : 3.Densidad del explosivo : 0,85.Densidad de la roca : 2,70.Longitud de taladro : 25 pies (7,62m).CAPTULO 9171B = 3,15 x 3 x 3 0,85 = 6,4 pies2,70Comprobacin:Longitud : 25 pies.Burden : 6,4Si : L = 25 = 3,9B 6,4Valor muy elevado al pasarse de 3, por lo que deberajustarse una de las variables. Densidad del explosivo(cambiando el tipo) o el dimetro del explosivo(cambiando el dimetro del taladro), que es msaceptable, ya que si el radio resulta muy alto, el burdenpuede ser incrementado, con lo que disminuye elnmero de taladros; por otro lado, es difcil considerarun explosivo con densidad menor de 0,85.Tanteando nuevamente con la frmula, para undimetro de 5 el resultado ser de B = 10,7 piesaplicando la prueba:L = 25 = 2,3B 10,7Este valor es muy corto respecto a 3. Tanteando otravez con la misma frmula pero con dimetro de 4, elresultado ser B = 8,5 pies. Aplicando la prueba:L = 25 = 2,92B 8,7Que es un valor adecuado muy cercano a 3.Por tanto, en estos ejemplos el burden ideal ser de8,5 (2,6m) para un taladro de 4 de dimetro(101mm) y 25 pies (7,62m) de longitud, cargado conexplosivo de baja densidad (0,85 g/cm3), a granel.c. Clculo y distribucin de la carga explosiva1. Columna explosivaEs la parte activa del taladro de voladura, tambindenominada longitud de carga donde se produce lareaccin explosiva y la presin inicial de los gases contralas paredes del taladro.Es importante la distribucin de explosivo a lo largodel taladro, segn las circunstancias o condiciones dela roca. Usualmente comprende de 1/2 a 2/3 de lalongitud total y puede ser continua o segmentada. Aspueden emplearse cargas slo al fondo, cargas hastamedia columna, cargas a columna completa o cargassegmentadas (espaciadas, alternadas o deck charges)segn los requerimientos incluso de cada taladro deuna voladura.La columna continua normalmente empleada pararocas frgiles o poco competentes suele ser del mismotipo de explosivo, mientras que para rocas duras,tenaces y competentes se divide en dos partes: La cargade fondo (C.F) y la carga de columna (C.C).1. Carga de fondoEs la carga explosiva de mayor densidad y potenciarequerida al fondo del taladro para romper la partems confinada y garantizar la rotura al piso, para, juntocon la sobreperforacin, mantener la razante, evitandola formacin de resaltos o lomos y tambin limitar lafragmentacin gruesa con presencia de bolones.Su longitud es normalmente equivalente a la del burdenms la sobreperforacin: B + 0,3 B; luego:CF = 1,3 BNo debe ser menor de 0,6 B para que su tope superiorest al menos al nivel del piso del banco. Se expresaen kg/m o lb/pie de explosivo. Los productosusualmente empleados son: ANFO aluminizado,hidrogeles Slurrex, emulsiones sensibilizadas, Examon-V o ANFOs Pesados como Slurrex-AP de 30/70 a 60/40, en razn a que la energa por unidad de longituden el fondo del taladro debe ser al menos dos vecesmayor que la requerida para romper la roca en laparte superior.Si se toma en consideracin la resistencia de la roca y eldimetro de la carga, la longitud de la carga de fondovariar entre 30 para roca fcil a 45 para muy dura.El cebo iniciador o booster debe colocarse en esta partede la carga, preferentemente al nivel del piso del banco,para su mayor efectividad.2. Carga de columnaSe ubica sobre la carga de fondo y puede ser de menosdensidad, potencia o concentracin ya que el confinamientode la roca en este sector del taladro es menor, emplendosenormalmente ANFO convencional, Examon-P o ANFOPesado en relaciones de 10/90 a 20/80.La altura de la carga de columna se calcula por ladiferencia entre la longitud del taladro y la suma lacarga de fondo ms el taco,:CC = L (CF + T)Usualmente CC= 2,3 B.Aos atrs, en los grandes tajos se empleaban cartuchoso mangas de hidrogel (Slurrex 40, Slurrex 60 o Slurrex80) como carga de fondo cuando se requera reforzarla carga iniciadora en taladros secos o en taladros conpresencia de agua, llenndose el resto de la columnacon ANFO. Actualmente, con la posibilidad de poderpreparar mezclas de emulsin-ANFO de diferentesproporciones en los camiones mezcladores-cargadores(camiones fbricas), es comn carga con ANFO Pesadoen relaciones de 10/90 a 60/40, con una longitud de(10/15) al fondo y completar la carga de columnacon ANFO normal.3. Cargas segmentadas o espaciadasNormalmente se emplean cargas continuas en taladrosde pequea o mediana longitud, pero en taladroslargos o en aquellos que se requiera disminuir laenerga pero mantenindola distribuida en toda sulongitud, se emplean cargas espaciadas con tacosCAPTULO 9172inertes intermedios y con un iniciador en cada una paragarantizar su salida. Estas cargas pueden ser del mismotipo de explosivo o emplearse uno de mayor densidado potencia en la primera carga al fondo. Las salidaspueden ser simultneas o con diferentes tiempos desalida para cada una, mediante retardos en ordenascendente o descendente, segn el diseo de lavoladura o los efectos que se quieran obtener.4. Carga especfica (CE)Llamado tambin consumo especfico o factor de carga(powder factor).Es la cantidad de explosivo necesaria para fragmentar1 m3 o yd3 de roca. Se expresa en kg/m o lb/yd.CE = total de explosivo utilizado, en kgtotal de m3 rotos cubicadosLa carga especfica es una excelente unidad referencialpara el clculo de la carga total de un disparo, perono es el mejor parmetro de por s, ya que ladistribucin de este explosivo en la masa de la rocamediante los taladros tiene gran influencia en los efectosde fragmentacin y desplazamiento, es decir, en elresultado de la voladura.As, a igualdad de carga especfica, una voladura efectuadacon taladros de pequeo dimetro muy prximos entres resultar con mejor fragmentacin que si se utilizantaladros de gran dimetro pero ms espaciados.Usualmente se determina con base en la cantidad deexplosivo utilizado por m3 de roca volada en variosdisparos, incluso diferenciando varios tipos de roca,considerando valores promedio para el clculo de losdisparos subsiguientes.Otros valores utilizados para estimar la carga requeridapara un disparo son: el factor de energa del explosivo enkcal/kg conjugado con las caractersticas mecnicas de laroca, como su mdulo de resistencia elstica (mdulo deYoung), resistencia a comprensin-tensin, densidad, etc.En voladura, la cantidad de explosivo utilizado deberser muy prxima a lo mnimo necesario paradesprender la roca. Menos carga significa tener unavoladura deficiente y, por el contrario, un exceso decarga significa mayor gasto y mayores riesgos deaccidentes, debindose tenerse en cuenta que el excesode carga colocado en el taladro origina una proyeccincuya energa es proporcional a dicho exceso por m3,estimndose que el centro de gravedad de la masa dela voladura podra desplazarse varios metros haciaadelante por cada 0,1 kg/m3 de exceso de carga,siendo an mayor el riesgo de proyeccin de trozospequeos a distancias imprevisibles (flying rock).5. Estimacin de cargasVolumen a romper por taladro: Malla por altura de taladroV = B x E x H = m3 por taladroTonelaje: volumen por densidad de la roca o mineral.6. Volumen de explosivoDimetro de taladro por longitud de la columnaexplosiva (columna continua) o por la suma de lascargas segmentadas.Ve = x Ce, en m37. Factor de carga (FC)Es la relacin entre el peso de explosivo utilizado y elvolumen de material roto.FC = We/V8. Tonelaje rotoEl tonelaje roto es igual al volumen del material rotomultiplicado por la densidad de dicho material.Tonelaje = V x r9. Carga especfica para cada taladro en voladurasde varias hileras Primera fila (burden a la cara libre frontal inicial):Ce = (H SP) x E x (B + T/2) x FC, en kg. Para la segunda fila y subsiguientes:Ce = (H SP) x E x B x FC, en kg.donde:Ce : carga explosiva, en kg.H : profundidad de taladro.SP : sobreperforacin.E : espaciamiento entre taladros.B : burden.T : piso quedado.FC : factor de carga (por tipo de roca, tendr quedefinirse para cada caso en especial).i. Perforacin especficaEs el nmero de metros o pies que se tiene que perforarpor cada m3 de roca volada.(L/H)B x Edonde:L : profundidad del taladro (altura de banco (H) 0,3 B).H : altura de banco.B : burden.E : espaciamiento.j. Factor de perforacin (FP)FP = (H/B) x E x H, en m/m3Luego:Perforacin totalFP x volumen totalk. Clculo general para carga de taladro0,34 x 2 x e , en lb/piedonde:0,34 : factor. : dimetro del taladro, en pulg.e : densidad del explosivo a usar.EjemploCAPTULO 9173 = 9.e = 1,35.Luego: 0,34 x (9)2 x 1,35 = 37 lb/pieEn unidades SI: 54,4 kg/m aprox.l. Densidad de carga (Dc)Dc = 0,57 x e x 2 x (L T),donde:Dc : densidad de carga, en kg/tal.0,57 : factor. : dimetro del taladro, en pulg.e : densidad del explosivo a usar.L : longitud de perforacin.T : taco.Ejemplo = 6,5.re = 0,80 (ANFO).L = 13,5 m (longitud de taladro).T = 5 m (taco).Luego: 0,57 x 0,80 x (6,5)2 = 19,27 kg0,80 x (6,5)2 x 0,57 = 19,27 kg/m19,27 kg/m x (13,5 5) = 163,8 kg/taladroCAPTULO 9174CAPTULO 9175CAPTULO 9176CAPTULO 9177b. MallaEs la forma en la que se distribuyen los taladros deuna voladura, considerando bsicamente a la relacinde burden y espaciamiento y su directa vinculacin conla profundidad de taladros.En el diseo de una voladura de banco se puede aplicardiferentes trazos para la perforacin, denominndosemalla cuadrada, rectangular y triangular o alterna,basndose en la dimensin del burden.Distintas formas de amarre de los accesorios y diferentestiempos de encendido de los taladros se aplican paraobtener la ms conveniente fragmentacin y forma deacumulacin de los detritos, para las posterioresoperaciones de carguo y transporte del materialvolado.Los diseos de amarre de las conexiones entre taladrosde los trazos de perforacin anteriores, determinanel diseo de mallas de salida, siendo las msempleadas la longitudinal, cua, diagonal (echeln)trapezoidal y las combinadas. Ejemplos con mallacuadrada.CAPTULO 9178C. Retardos en voladuras de bancoSe emplean dos clases de retardos: de superficie paracordn detonante, que se intercalan entre taladros yentre lneas troncales, de tipo hueso de perro y demanguera de shock uni bidireccional, con tiemposusuales de 9 a 300 ms, y los de interior de taladrosque se colocan en el primer o booster, al fondo y en lascargas espaciadas, generalmente son del tipo dedetonador no elctrico de shock y muy eventualmenteelctricos, con tiempos entre 5 y 100 ms.La colocacin de retardos puede tener estas alternativas:a. Lneas de cordn detonante con retardos desuperficie, sin retardo en el taladro.b. Lneas de cordn detonante con retardosescalonados, en superficie y con retardos de unmismo nmero en todos los taladros.c. Retardos en superficie ms retardos de distintosnmeros (escalonados) en el interior de los taladros.d. Sin retardos en superficie, con retardos de distintosnmeros (secuenciados) al fondo de los taladros.e. Con o sin retardos en superficie, y con retardosescalados en las cargas espaciadas (decks) alinterior de los taladros.Los disparos grandes se pueden separar por tramosmediante un adecuado reparto de retardos,repitiendo las series en cada tramo y separndolosentre s, usualmente mediante un retardo del mismonmero o ms que es el ltimo colocado en el tramo,para que el primer taladro del siguiente tramo salgadespus al sumar su propio tiempo con el del retardopuente.El burden virtual o de perforacin se mantieneinvariable si se disparan todos los taladros de unavoladura simultneamente, ya que los taladros notienen retardos. Esto se aprecia en la malla paralela.El burden, puede sin embargo, variar segn como seala distribucin de los tiempos de encendido de lostaladros cuando se utilicen detonadores de retardo,dando lugar al burden real o efectivo, de menorlongitud que el virtual, como se observa en las salidasdiagonales en el grfico.CAPTULO 9179ESQUEMAS BSICOS DE VOLADURAVoladuras de una fila de taladros1. Salida simultnea, para fuerte proyeccin yrotura gruesa. Alta vibracin y fuerte rotura haciaatrs.2. Serie progresiva para reducir la vibracin ymejorar la fragmentacin. Cuando hay notoriosplanos de estratificacin puede presentar mayorrotura hacia atrs. El orden de salidas puedeinvertirse si conviene, de acuerdo a laestratificacin de la roca.3. Serie alternada de perodo corto para roca queno cede fcilmente, agrietada por la voladuraanterior, que se desintegra rpidamente al primerimpulso con riesgo de cortes. El segundo impulsodebe llegar antes que la roca se haya desplazadodemasiado lejos.4.y5. El incremento de perodos de retardo mejora lafragmentacin, reduce la proyeccin, el ruido yla excesiva rotura hacia atrs.6. Serie alternada de perodo largo para rocas muycompresibles, debido a su tenacidad,esponjamiento y resiliencia. La primera serie detaladros las comprime hasta el lmite antes derecibir el impacto de la segunda que lasdesplaza.CAPTULO 91801. Salidas simultneas por filas con retardos de unmismo nmero por fila para obtener mayorfragmentacin y formar una pila de escombrosbaja y tendida. Si se utilizaran detonadoresinstantneos habr mayor vibracin y proyeccinpero menor fragmentacin.2. Doble hilera alternada; la primera fila alternadamejora la fragmentacin y la doble hileradisminuye la proyeccin.3. Filas mltiples con salidas en paralelo paraconseguir buena fragmentacin y una adecuadasobrerotura posterior en rocas de difcilfracturamiento suele incrementarse los tiemposde retardo entre filas; ejemplos: 1 3 5 enlugar de 1 2 3.4. Mltiples hileras alternadas secuencialmente,sugerida para bancos de cada libre baja, quesuelen presentar serios problemas de vibracin.Se puede invertir la secuencia de salidas deacuerdo al rumbo de los planos de estratificacincuando estos incrementen la rotura hacia atrs.5. Salidas en diagonal o echeln. Donde se presenterompimiento en la base de la cara libre contendencia a excesiva proyeccin. sta se puedelimitar variando la secuencia con tiempos mscortos.Una excesiva rotura hacia atrs (back break) se suelelimitarse con voladura controlada o amortiguada enla ltima fila de taladros en voladuras de mltiples filas.CAPTULO 9181CAPTULO 9182CAPTULO 9183Temporizacin (timing) La voladura de banco normalmente se efecta comouna voladura de retardo corto. La secuencia debe serdiseada de modo que cada taladro logre rotura libre.El tiempo entre taladros y filas debe ser losuficientemente prolongado como para permitir quese cree un espacio para el material triturado de lassubsiguientes salidas en filas mltiples. Se asegura quedebe desplazarse 1/3 del burden antes que la segundafila comience a iniciarse.El retardo entre filas debe variar entre 10 ms/m (rocadura) y 30 ms/m (roca blanda). Generalmente 15 ms/m de la distancia del burden es buena gua. Segn elUSBM, los retardos entre taladros para minimizar lasvibraciones sern de 8 ms.Un retardo muy corto entre filas hace que el materialde las posteriores se desplace hacia arriba en lugar deen direccin horizontal (los detritos quedan in situ).Un retardo lento puede causar proyeccin de piedras,bolones y concusin del aire, que no dejan suficienteproteccin (cobertura o muralla de detritos) entre las filas.DimensinEs conocido que los bolones provienen normalmentede la primera fila; por tanto, las voladuras de variashileras producen menos bolones proporcionalmente quelas de una sola fila. Por esta razn, el largo del rea deldisparo no debera ser mayor que el 50% del ancho.As la fragmentacin grande necesaria para laconstruccin de ataguas, rompeolas y otras obras deproteccin en ros puede ser tan difcil de conseguircomo la fragmentacin menuda. La geologa es elprimer obstculo para conseguir pedrones; espreferible la roca homognea que la fisurada. Paraeste caso el mtodo a utilizar es diferente (rip rap) queel banqueo convencional.1. La carga especfica debe ser baja.2. El radio espacio/burden debe ser menor que 1.3. Disparar una fila por vez, preferible instantneamente.Cuando la carga especfica es baja: de 0,20 kg/m3 omenor, suficiente para aflojar pero no para desplazarla carga de fondo debe ser ligeramente inferior queen la normal, por lo que debe aceptarse algn volumende rotura secundaria al piso.Mayor burden que espaciado da lugar a fragmentacinen bloques, con ptimo resultado si el radio (E/B) estentre 0,5 y 1,0.El disparo instantneo resulta en mayor tamao quecon retardo corto dado a que la separacin o desgarreentre taladros es menor. En resumen, la fragmentacingrande se logra con la combinacin: Baja cargaespecfica radio E/B = 0,5 1,0 y disparo instantneopor simple hilera.Los retardos a emplear segn consideracionesgeolgicas suelen ser de los siguientes rangos:EstructuraRetardos sugeridos (mximo intervalo):Tipo de Intervalo mximoEstructura (ms/m)Masiva 33En bloques 15Altamente conjuntas 12Vetas dbiles, planosde deslizamiento 9Taludes con presenciade agua 9Consideraciones de explosivoExplosivos con densidad mayor de 1,3 g/cm3 y 12 ms/m.Para lograr un perfil del cono de escombro (muck of pile).Perfil del Cono de Intervalo mximo Escombro (ms/m)Apretado 9Suelto 18Lanzado 33RendimientoTipo de trabajo Intervalomximo(ms/m)Para fragmentacin mejorada 18Para limitar el back break 33Para controlar rocas volantes 21Para minimizar el golpe de aire 18Para minimizar la vibracin 33Las condiciones y posibilidades para preparar unavoladura de banco son muchas, por lo que slo sepresentan esquemas bsicos de trazo y de tiempo, yaque con base en ellos se podr disear en la propiamano u obra el esquema ms adecuado, apoyndoseen la mayor informacin de mecnica de roca localque sea disponible como el ejemplo:CAPTULO 9184Ejemplo de clculo para voladura de bancoDatos:Altura de banco (H) : 15 m.Ancho de la voladura (A) : 24 m.Dimetro de perforacin () : 75 mm1. Burden mximo:(Bmax) = 45 x 75 = 3,38 m2. Sobreperforacin:(SP) = 0,3 x Bmax = 0,3 x 3,38 = 1,01 m3. Longitud de taladro:(L) = altura de banco (H) + sobreperforacin (SP)+ 5 cm/m (altura de banco + sobreperforacin),debido a la inclinacin 3:1L = H + SP + 0,05m (H + SP)L = 15 + 1,01 + 0,05 (15 + 1,01)= 16,80 m4. Error de perforacin:(F) = 5 cm de error de emboquille + 3 cm/m de desviacin de taladroF = 0,05 + 0,03 x L = 0,05 + 0,03 x 16,8 = 0,55 m5 Burden prctico:(B1) = B max - F = 3,38 - 0,55 = 2,80 m6 Espaciamiento prctico:(E1) = 1,25 x B1 = 1,25 x 2,80 = 3,50 mN espacios =ancho de voladura =24=6,68 m=7 m (E1) 3,50(E1) = ancho de voladura = 24 = 3,42 m N espacios 77. Concentracin de carga de fondo (QbH): QbH = 1,25 x p x ()2 = (75)2 = 5,62 kg/m 4 x 1 000 1 0008. Altura de carga de fondo:(hb) = 1,3 x Bmax = 1,3 x 3,38 = 4,4 m9. Carga de fondo:(CF) = Altura de carga de fondo x concentracin de carga de fondo(CF) = hb x QbH = 4,4 x 5,62 = 24,67 kg10. Concentracin de carga de columna: (QpH) = (0,4 a 0,5) x concentracin de la carga de fondo(QpH) = (0,4 a 0,5) x QbH = 2,81 kg/m11.Altura de la carga de columna:(hp) = Longitud de taladro - (altura de la carga de fondo + taco inerte)(hp) = L - (hb + ho)donde ho = B1 (o Bmax), luego:(hp) = L (hb + Bmax)(hp) = 16,50 (4,4 + 2,80) = 9,3m12. Carga de columna:(CC Qb) = hp x QpH, luego:Qb = (9,30 x 2,80) = 26,13 kg13. Carga total:(CT) = CF+Qb = 24,67+ 26,13 =50,8 kg/taladro14. Carga especfica:(CE)=taladros por fila x CT B1 x H x A(CE)=7 taladros x 50,8 = 355,61 008=0,35 kg/m3 2,80 x 15 x 24Alternativa con ocho taladros por fila:(CE)= 8 taladros x 50,8 =406,6=0,40 kg/m3 2,80 x 15 x 24 1 00815. Perforacin especfica en m/m3:(Pe) = N de taladros x profundidad de taladro B1 x H x ancho de voladura = 7 x 16,80 = 117,6 = 0,116 m/m3 2,80 x 15 x 24 1 008Alternativa: = 8 x 16,80 = 134,4 = 0,133 m/m3 2,80 x 15 x 24 1 008ResumenAltura de banco : 15,0 m.Profundidad o longitud de taladro : 16,8 m.Burden : 2,80 m.Espaciamiento : 3,43 m.Carga de fondo : 24,6 kg.Carga de columna : 26,9 kg.Concentracin carga de columna : 2,8 g/m3.Carga especfica (con 7 y 8 taladros fila): 0,35 a 0,41 kg/m3.Perforacin especfica (con 7 y 8 taladros fila): 0,11 a 0,13 m/m3.ComentariosEvaluacin de disparoDesplazamiento de la rocaEl desplazamiento del material toma ms tiempo quela rotura y fragmentacin. Est en funcin directa conla energa de los gases en explosin, aunque los gasesse hayan expandido a determinada extensin.En teora, el desplazamiento de la roca trituradacorrespondiente al centro de gravedad es:L = 1 x 2 x (100 + a) x B x H - B 3 (100) tan() 2donde:a : porcentaje del incremento en volumen. : ngulo en donde el material disparadose ha posado.Desplazamiento de la roca volada por un disparo, esdefinido por el movimiento de su centro de gravedad.CAPTULO 9185En la prctica, todo lo que se requiere del explosivo esque desplace a la roca unos metros, para ello la velocidadinicial debe ser de unos metros por segundo, y porconsiguiente esta fase demora aproximadamente unsegundo del tiempo total de la voladura.El movimiento puede sin embargo, en efecto, de-morarms tiempo, pero eso es por efecto de la gravedad yno del explosivo (a no ser que el disparo seaintencionalmente sobrecargado para incrementar laproyeccin del material arrancado, cosa que se aplicapor ejemplo en la voladura de desbroce (cast blasting)aplicada para destapar mantos de carbn en algunosopen pits, proyectando el material triturado ms alldel pie del banco.Balance total de energaFragmentada la roca (con cara libre) se deduce que laenerga transmitida a la roca se reparte como sigue:1. Fracturamiento in situ < 1%.2. Rotura 15%.3. Desplazamiento 4%.4. Trituracin alrededor del taladro 1,5 a 2%.5. Proyeccin de fragmentos < 1%.6. Deformacin de la roca slida despus < 1%.del disparo7. Vibraciones del terreno 40%.8. Air blas (concusin) 35 a 39%Total: 100%Nota:Estimaciones efectuadas por Hagan en el ao 1977han puesto en manifiesto que solamente un 15% de laenerga total generada en la voladura es aprovechadacomo trabajo til en los mecanismos de fragmentaciny desplazamiento de la roca.El factor de rotura n3 junto con la impedancia y el factorde acoplamiento n1 y n2 deberan ser consideradospara la produccin del disparo y la frmula generalpara definir el disparo sera:n1 - (n2 x n3 x E x Q) = V x S x Ess (1)Esta frmula muestra que para romper un volumen Vde roca de superficie de energa especfica Ess, a untamao definido por la superficie especfica S, requierede un ingreso de energa E x Q del disparo, la cualtoma en cuenta los factores disipadores de energa n1,n2 y n3.Para determinar el tamao de un disparo es necesario:1. Calcular la necesaria cantidad de explosivo.2. Determinar su distribucin en la roca.De acuerdo a la frmula (1) respecto a Q, la primeracondicin estara resuelta, esta misma frmula da lainformacin necesaria para determinar la malla deperforacin y por tanto la distribucin de explosivo querequiere la roca para cumplir la segunda condicin yconsiderando el consumo especfico de explosivo Ce= Q/V el cual es posible obtener directa-mente de lafrmula: Ce = Q = S x Ess V n1 x n2 x n3 x EEl valor Ce es funcin de los siguiente parmetros:- Factor de impedancia : n1- Factor de acoplamiento : n2- Factor de rotura : n3- Caractersticas del explosivo : E- Caractersticas de la roca : Ess- Grado de fracturamiento requerido : SCAPTULO 9186Tenemos tambin:Dm : mxima dimensin del material disparadopor taladro, cuya relacin est dada por lasiguiente ecuacin: 64 m2 64Es = Es = Dm m3 DmEjemplo : 80 cm de radio o Dm = 0,8 m 64 m2Es = = 80 0,8 m3En el caso de una carga de 1m empleando una mallacuadrada (que asegura una casi igual distribucin delexplosivo) la definicin de consumo especfico, resultala siguiente: ( c )2 . .peCe = de donde 4.B2 .peB = c 4.CeEjemplos: Las condiciones para el disparo puedesumarizarse como:Roca:- Velocidad ssmica Vs = 4.000 m/s- Densidad (roca) Dr = 2.600 kg/m3- Impedancia Ir = 10,4 x 106 kg.m-2. s-1- Energa especfica p.superficie Ess = 1,47 x 10-3 MJ/m2Explosivo:- Velocidad dedetonacin VOD = 4.550 m/s- Densidad d = 1.050 kg/m3- Impendancia Ie = 4,78 x 10- 6 kg. m-2 .s-1- Energa especfica E = 4,31 MJ/kgCarga:- Radio de dimetro de taladroa dimetro de carga t / c = 1,16Material roto:- Mximo tamao Dm = 0,8 de dondeEs = 64/Dm = 80 m2/m3C = Es. Ess = 80 x 1,47 x 10-3 = 0,31 kg /m3 n1.n2.n3.E 0,86 x 0,68 x 0,15 x 4,31Segn la frmula con un c = 0,044 m el resultado es:B = c d = 0,044 1 050 x = 2,26 m4C 4 x 0,31VOLADURA DE CRTER EN SUPERFICIEMientras que la voladura de banco se caracteriza porsu alta relacin entre dimetro y longitud de taladro,es decir taladros largos con dimetro relativamentepequeo, la voladura de crter es inversa su relacinentre dimetro y longitud es baja, es decir se trata devoladura poco profunda con taladros de dimetrogrande.En taladros de banco el collar o longitud para el tacoes igual al burden (40 ) o tambin 1/3 de su longitudtotal, con lo que se controla en parte la proyeccin defragmentos, pero en los de crter de baja profundidad,no es posible mantener un largo de taco sin cargaexplosiva igual al burden pues esto causara deficientefragmentacin que elevara los costos de fragmentacinsecundaria. Lamentablemente una carga colocada muycerca de la superficie, como la del crter, resulta enelevada proyeccin de fragmentos que se dispersanampliamente alrededor.En banco la carga explosiva es larga, cilndrica ynormalmente ocupa 2/3 de la longitud del taladro,mientras que en crter se emplea una cargaconcentrada (point charge) que tcnicamente se suponesea esfrica, pero que en realidad tiene un largo dehasta 6 veces el dimetro del taladro y se coloca a unaprofundidad crtica, que depende del tipo de roca, deldimetro del taladro y del tipo de explosivo utilizado.Esta profundidad se puede calcular mediante la teorade Crter de Livingston, que se basa en la ecuacin deEnerga - tensin.N = E.W. (1/3)donde N es la profundidad crtica (en pies) de unacarga de peso W (en libras), que justamente causa quela superficie de la roca falle y E es el factor de Energa- tensin estimado empricamente.Livingstone determin que existe relacin entre laprofundidad critica N a la cual se perciben, losprimeros efectos de accin externa en forma de grietasy el peso de la carga explosiva. Modific la ecuacinreduciendo la profundidad de carga para mejorar lafragmentacin, expresndola:do = E W1/3donde:do : profundidad ptima o distancia desde lasuperficie al centro de gravedad de la cargase determina con una serie de ensayos, en pies.: radio de profundidad (do/N).W : peso de la carga, en libras.CAPTULO 9187Los valores usuales dados dependen del valor de E, elcual vara para diferentes caractersticas de rocas.Para estos clculos las pruebas se efectuarn sobre elmismo tipo de roca y explosivo que piense emplearseen produccin. El dimetro del taladro ser el mayorposible (ejemplo 115 mm). Los taladros sernperpendiculares a la cara libre. Las cargas tendrn seisdimetros de longitud (6 ) bien atacadas,prefirindose explosivos densos para roca dura:dinamita, emulsin, hidrogel; mientras que el ANFO,muy poco empleado, slo conviene para roca blanda.Peele, por su parte, en su teora dice que un taladrovertical normal a una superficie horizontal, cargadocon explosivo, puede volar el material formando uncrter cnico cuya cara forma un ngulo deaproximadamente 45 con dicha superficie.En este caso la lnea de menor resistencia est dadapor la profundidad del taladro (L) y el volumen delcrter:V = 0,33 x L x p x L2 = L3En la prctica el volumen de roca movida se tomacomo:V = mL3donde:m : 0,4 para roca suave o friable y 0,9 para rocadura o tenaz.El volumen de crteres que puedan abrirseindependientemente con cargas de peso constantedepender de la profundidad a la que ellas secoloquen, estimndose bsicamente tres niveles. Aprofundidad crtica donde comienza el levantamientodel terreno, a profundidad ptima donde el volumende crter resultante es el mximo, y a poca profundidaddonde la mayor parte de la energa se va al aire enforma de shock (air blast). Es tambin importante eladecuado espaciamiento entre taladros para lograr suinteraccin.La voladura de crter se emplea eventualmente parala perforacin de pozos, para desbroce de minas,mientras que la proyeccin de fragmento no representeproblema, tambin para casos especficos como ladestruccin de pistas de aterrizaje clandestinos y otrostipos de obras.Tambin se presenta en ocasiones en el banqueoconvencional como consecuencia de sobrecarga o deuna baja relacin de burden, como se observa en eldibujo.En subterrneo se aplica la voladura de crter entaladros largos, en el mtodo denominado voladurade crteres invertidos en retroceso (vertical crterretreating o VCR).Respecto a seguridad en voladura de crter, as comoen la de mximo desplazamiento, e incluso en laconvencional con sobrecarga, se debe tener presentela distancia de proteccin o distancia mnima deseguridad para el personal y equipos que se estimacon la siguiente frmula prctica:CAPTULO 9188Distancia mnima = 120 3 cantidad de explosivoa utilizarVoladura de mximo desplazamientoTambin denominada voladura de gran proyeccin yoverburden cast blasting. Se emplea cuando se requieredeliberamente desplazar el material disparando muchoms lejos de lo que normalmente ocurre en la voladurade banco convencional.Se desarroll en la regin carbonfera de Norteamricapara bajar los costos de explotacin de los grandesyacimientos horizontales de carbn, en su mayoracubiertos por una potente capa de roca que en algunoscasos pasa de 50 m de espesor, la que debe ser retiradapara dejar libre a la capa de carbn para poderexplotarla despus.Este mtodo consiste en perforar taladros largos cuyofondo casi toque la capa de carbn, distribuidos conmalla cuadrada ajustada y sobrecargados conexplosivos de alta energa y que se disparan por filascon tiempos muy cortos entre taladros, de manera quela salida sea casi simultnea.Esto logra desplazar entre un 50 a 60% del materialvolado por encima del manto del carbn,depositndolo lejos de la cara libre del banco, de dondees retirado por arrastre mediante una gran pala decucharn con arrastre por cable.Para este mtodo es importante que los burden seanmedidos cuidadosamente, ya que el incremento de ellospuede malograr el propsito de proyeccin alincrementar la resistencia de la roca especialmente enlos taladros de la primera fila.En este caso tendra que aumentarse la carga explosivapara dar mayor energa y poder controlar la velocidady fuerza de impulsin.F. Chiappetta ha propuesto una frmula de primeraaproximacin obtenida mediante estudios confotografa de alta velocidad, lo que expresa como:donde:Vo = velocidad inicial de un fragmentoproyectado desde el frente (m/s)Energa = kilocaloras por metro = 0,078 x D2 x d x Pb = constante del lugar (1,17)siendo:D = dimetro del taladro (cm)d = densidad del explosivo (g/cm3)P = potencia absoluta en peso (cal/g)Lineamientos generales para la ejecucin de unavoladura cast blasting:1. Burden igual al espaciamieto con iniciacinsimultnea entre filas.2. Taco inerte igual al burden.3. Altura de banco debe ser aproximadamente iguala cuatro veces el burden.4. Los retardos entre filas debern ser entre 7 y 14 mspor pie de burden.5. Se debern usar los primeros nmeros de la seriede fulminantes para evitar la dispersin y traslapeen la secuencia de encendido.6. En el interior de los taladros deben emplearseretardos de perodo corto para evitar que lostaladros adyacentes corten los cables tendidos enla superficie.7. Siempre que sea posible, cada fila debe ser iniciadacon el mismo nmero de retardo.8. Si es necesario el control de la vibracin, retardosde perodo corto, entre 17 y 25 ms, se debernusar entre los taladros de una misma fila.Esta voladura no se limita a estos yacimientos carbnen Norteamrica, Canad, Sudfrica y Australia ocanteras y otras explotaciones donde la proyeccin delmaterial pueda significar ahorro en movimiento deequipo de acarreo como ejemplo. Tambin tieneaplicacin en desbroce y preparacin de minas o enobras viales donde el desplazamiento de la carga sinnecesidad de emplear equipo de acarreo resultaconveniente.CAPTULO 9189CAPTULO 9190Voladura de tneles y galerasGeneralidadesExisten dos razones para excavar en subterrneo:1. Para utilizar el espacio excavado (accesos detransporte, almacenaje de materiales diversos,obras de construccin, defensa militar, etc.).2. Para utilizar el material excavado (explotacinminera).En ambos casos los tneles forman parte importantede la operacin entera: en construccin subterrnea,como es por ejemplo el caso de obras hidroelctricas,donde son necesarios para tener acceso a las cmaras;en minera, para llegar a los bloques de mineral einiciar su explotacin, adems de las operaciones dedesarrollo y comunicacin interna, pero tambin sonabiertos para un propsito en s mismos (tnelescarreteros o ferrocarrileros y tneles hidrulicos paratransvase de agua).Sus dimensiones, acabados finales, sostenimiento internoy dems aspectos dependen de su funcin. As, un tnelcarretero o hidrulico debe tener un buen perfilado porser para uso permanente, mientras que una galera deexplotacin puede quedar con acabado irregular si vaa ser abandonada una vez cumplida su misin.Los tneles son abiertos mayoritariamente en tendidohorizontal, pero tambin inclinado y en forma vertical.En este ltimo caso, si la excavacin se efecta haciaarriba desde un determinado punto o nivel sedenominan chimeneas (raise shafts) y si es hacia abajopiques (sink shafts). En ciertas condiciones de terrenoalgunos son excavados de modo continuo conmquinas tuneleras de avance rotatorio (tunel boringmachines TBM y raise boring machines RBM) perola gran mayora se hacen en forma discontinua, porfases. Es as conocido que los tneles y el banqueo encanteras o tajos son las operaciones de mayor consumode explosivos con perforacin y voladura, cubriendouna gran variedad de tipos de roca y geometras dedisparo. Las rocas pueden ser desde suaves como elyeso, intermedias como la caliza, hastaextremadamente duras como granito y basalto y desus condiciones estructurales depende el acabado finaly la necesidad o no de sostenimiento adicional cuandono pueden mantener su estabilidad.La seccin de los tneles puede variar entre 9 m2 hastams de 100 m2, mientras que la cara de los bancosvara entre 5 a 40 m de altura. Los dimetros de taladroen tneles van de 32 mm a 51 mm y en banco de 51mm a 165 mm, incluso hasta 310 mm, lo que muestraun amplio rango de parmetros a considerar.En rocas competentes los tneles con secciones menoresde 100 m2 pueden excavarse a seccin completa enun solo paso, mientras que la apertura de grandestneles, donde la seccin resulta demasiado amplia, odonde las caractersticas geomecnicas de la roca nopermiten la excavacin a seccin completa, el mtodousual consiste en dividir el tnel en dos partes: lasuperior o bveda que se excava como una galera deavance horizontal, y la inferior que se excava porbanqueo convencional en forma retrasada con respectoal avance de la bveda. Este banqueo puede efectuarsecon taladros verticales o ligeramente inclinadosperforados con tracdrill, o con taladros horizontalesen cuyo caso se utilizar el mismo equipo perforadorjumbo empleado para la bveda.Cuando la calidad de la roca es mala, puede sernecesario dividir el tnel en varias secciones, por logeneral abriendo primero una galera piloto desde laque se ataca hacia el techo y los flancos.Con mtodos de perforacin y voladura, el ciclobsico de excavacin comprende las siguientesoperaciones:- Perforacin de los taladros.- Carga de explosivo y tendido del sistema deiniciacin.- Disparo de la voladura.- Evacuacin de los humos y ventilacin del rea deltrabajo.- Desprendimiento de rocas aflojadas, resaltos ylomos, que hayan quedado remanentes despusdel disparo (desquinche).- Eventual eliminacin de tacos quedados resultantesde tiros fallados.- Carguo y transporte del material arrancado.- Eventual disparo adicional para rotura secundariade pedrones sobredimensionados.- Medicin del avance logrado, control dealineamiento y nivelacin, replanteo de taladrospara el siguiente disparo.El esquema o forma en que se ataca el frente de lostneles y galeras, es decir el mtodo de avance,depende de diversos factores:- Equipo de perforacin empleado (parmetro bsicoes el dimetro de taladro).- Tiempo disponible para la ejecucin.- Tipo de roca y condiciones del frontn.- Tipo de sostenimiento necesario.- Sistema de ventilacin.A diferencia del banqueo donde se cuenta con dos oms caras libres para la salida de la voladura, entunelera la nica cara libre disponible es la del frontn,que es tambin la nica superficie factible para laperforacin.Debido a su longitud en relacin con la relativamentepequea seccin transversal del tnel, los taladrosCAPTULO 9191solamente pueden ser perforados en formaperpendicular a la cara libre (a lo ms con pequeainclinacin). En tales condiciones los tiros no puedenarrancar la roca tal como podran hacerlo si estuvierandispuestos en planos paralelos a la cara como en lavoladura de bancos. Esta dificultad se subsanadedicando un cierto nmero de taladros (que sedisparan primero) especficamente para abrir unacavidad inicial cuyas paredes actuarn como caraslibres para los tiros subsiguientes, lo que se denominael corte o arranque.Otro aspecto importante es en razn de que los tneles,cualquiera que haya sido su motivo de apertura,terminan siendo vas de trnsito permanente, por loque es indispensable que las rocas de las paredes ytecho sean estable y no estn sometidas a excesivastensiones. Cuanto ms heterognea o fisurada sea laroca, el perfil perimetral ser ms irregular e inestable,sujeto a desprendimientos y desplomes imprevistos. Unaforma de limitar o controlar este inconveniente esmediante voladura de contorno o perifrica con salidacontrolada, denominada precorte o recorte y finalmenteun cementado (grouting).Para efectos de voladura el frontn de un tnel depequea a mediana envergadura se divide en tresreas: la de corte o arranque, la de ncleo o destrozay la de corona o contorno. Estas se disparan en tresetapas: corte, ncleo, contorno, con tiros individualesespaciados en tiempo de modo tal que actan enconjunto, aparentemente en forma instantnea, perocon salidas ordenadas secuencialmente para permitirel desplazamiento del material fragmentado.Los tneles de gran seccin se atacan en dos fases, laprimera que comprende la parte superior (top heading)de la manera descrita anteriormente y la segunda, quecomprende a la parte inferior que se dispara por banqueo,normalmente por tajadas verticales secuenciadas.3 000 m/s para evitar el efecto canal en los explosivosencartuchados dentro de taladros de mayor dimetro(fenmeno que consiste en que los gases de explosinempujan al aire alojado entre la columna de explosivoy la pared de taladro, comprimiendo a los cartuchospor delante del frente de la onda de choque yaumentando su densidad al punto de hacerlosinsensibles a detonacin).Por ejemplo, el rea de ncleo que es comparablegeomtricamente a las voladuras de banco, requierecargas especficas de explosivo de entre cuatro y diezveces superiores, sea por disponerse de menor espaciopara esponjamiento o naturales errores deperforacin.La nica superficie libre en voladura de tneles,piques o chimeneas viene a ser el frente de ataque,por lo que sta se efecta en condiciones de granconfinamiento. Cuanto ms pequea sea el rea delfrente, la roca estar ms confinada, requirindosepor tanto mayor carga especfica de explosivo porm3 a romper cuanto ms reducida sea la seccin avolar.Como las dimensiones del burden y espaciamientoson cortas, especialmente en el rea del arranque,los explosivos debern ser lo suficientementeinsensibles para evitar la transmisin de la detonacinpor simpata, pero s tener una velocidad dedetonacin lo suficientemente elevada, superior aCAPTULO 9192Segn las dimensiones de un tnel y el dimetro de lostaladros, el rea de la cavidad de arranque puede serde 1 a 2 m2, normalmente adecuada para facilitar lasalida de los taladros del ncleo hacia ella, pero contaladros de dimetros mayores el rea necesaria puedellegar a 4 m2.La profundidad del corte deber ser igual a la estimadapara el avance del disparo, cuando menos. Laubicacin influye en la facilidad de proyeccin delmaterial roto, en el consumo de explosivo y el nmerode taladros necesarios para el disparo. Por lo general,si se localiza cerca de uno de los flancos (a) se requerirmenos taladros en el frontn; cerca al techo (b)proporciona buen desplazamiento y centrado de la pilade escombros, pero con mayor consumo de explosivo;al piso (c) es conveniente slo cuando el material puedecaer fcilmente por desplome. En general, la mejorubicacin es al centro de la seccin ligeramente pordebajo del punto medio (d).Mtodos de corteCorresponden a las formas de efectuar el disparo enprimera fase para crear la cavidad de corte, quecomprenden dos grupos:1. Cortes con taladros en ngulo o cortes en diagonal.2. Cortes con taladros en paralelo.Cortes en diagonalLa efectividad de los cortes en diagonal consiste enque se preparan en forma angular con respecto alfrente del tnel, lo que permite que la roca se rompa ydespegue en forma de descostre sucesivo hasta elfondo del disparo. Cuanto ms profundo debe ser elavance, tanto ms taladros diagonales deben serperforados en forma escalonada, uno tras otroconforme lo permita el ancho del tnel.Estos cortes se recomiendan sobre todo para roca muytenaz o plstica por el empuje que proporcionan desdeatrs. Tambin para las que tienen planos de roturadefinidos, ya que dan mayor alternativa que el corteparalelo para atacarlas con diferentes ngulos.Cortes o arranquesEl principio de la palabra voladura de tneles reside,por tanto, en la apertura de una cavidad inicial,denominada corte, cuele o arranque, destinada acrear una segunda cara libre de gran superficie parafacilitar la subsiguiente rotura del resto de laseccin, de modo que los taladros del ncleo y dela periferia pueden trabajar destrozando la rocaen direccin hacia dicha cavidad.Al formarse la cavidad el frente cerrado del tnelse transforma en un banco anular, donde losfactores de clculo para el destroce sernsemejantes a los empleados en un banco desuperficie, pero como ya se mencion, exigiendocargas considerablemente mayores para desplazarel material triturado.CAPTULO 9193En su mayora se efectan con perforadoras manualesy su avance por lo general es menor en profundidadque con los cortes en paralelo (45 y 50% del ancho deltnel), pero tienen a su favor la ventaja de que no secongelan o sinterizan por exceso de carga oinadecuada distancia entre taladros, como ocurrefrecuentemente con los cortes paralelos.Es indispensable que la longitud y direccin de lostaladros sean proyectadas de tal forma que el corte seubique simtricamente a una lnea imaginaria y queno se perfore excesivamente. Se disponen por parejas,debiendo tender casi a juntarse en la parte msprofunda para permitir un efecto combinado de lascargas, esto especialmente en rocas difciles de romper(duras, estratificadas, etc.). Son ms incmodos paraperforar porque el operador tiene que verimaginariamente cmo estn quedando ubicados yorientados los taladros, para evitar que se intercepten.Respecto a la carga explosiva, los taladros de arranque,es decir los ms cercanos a la cara libre, no requierenuna elevada densidad. sta puede disponerse ms bienen los ms profundos para tratar de conseguir algunarotura adicional que compense la natural limitacindel avance debido a la propia perforacin. Estos cortesson mayormente aplicados en tneles y galeras decorta seccin con taladros de pequeo dimetro. Losconsumos promedio varan en cifras tan extremas como0,4 a 1,8 kg/m3.Adems de tneles, los cortes angulares especialmenteen cua y abanico permiten abrir la rotura inicial enfrentes planos sin cara libre, como es el caso deapertura de zanjas, pozos, etc.Estos cortes pueden clasificarse en tres grupos:1. Corte en cua de ejecucin vertical (wedge cut), corteen cua de ejecucin horizontal (v o w) y cortepiramidal. En los tres casos los taladros sonconvergentes hacia un eje o hacia un punto al fondode la galera a perforar.2. Corte en abanico (fan cut) con diferentes variantes.En este caso los taladros son divergentes respectoal fondo de la galera.3. Cortes combinados de cua y abanico o paralelo yabanico.La geometra de arranque logrado con los cortesangulares bsicos se muestran en las siguientes figuras:1. Corte en pirmide o diamante (center cut)Comprende a cuatro o ms taladros dirigidos en formade un haz convergente hacia un punto comnimaginariamente ubicado en el centro y fondo de lalabor a excavar, de modo que su disparo instantneocrear una cavidad piramidal.Este mtodo requiere de una alta concentracin decarga en el fondo de los taladros (apex de la pirmide).Se le prefiere para piques y chimeneas. Segn ladimensin del frente puede tener una o dos pirmidessuperpuestas. Con este corte se pueden lograr avancesde 80% del ancho de la galera; su inconveniente esla gran proyeccin de escombros a considerabledistancia del frente.CAPTULO 91943. Corte en cua de arrastre (drag o draw cut)Es prcticamente un corte en cua efectuado a nivel delpiso de la galera de modo que el resto del destroce dela misma sea por desplome. Se emplea poco en tneles,ms en minas de carbno en mantos de roca suave.2. Corte en cua o en v (wedge cut)Comprende a cuatro, seis o ms taladros convergentespor pares en varios planos o niveles (no hacia un solopunto) de modo que la cavidad abierta tenga la formade una cua o trozo de pastel. Es de ejecucin msfcil aunque de corto avance especialmente en tnelesestrechos, por la dificultad de perforacin.La disposicin de la cua puede ser en sentidovertical horizontal.El ngulo adecuado para la orientacin de lostaladros es de 60 a 70.Es ms efectivo en rocas suaves a intermedias,mientras que el de la pirmide se aplica en rocasduras o tenaces.CAPTULO 91954. Corte en abanico (fan cut)Es similar al de arrastre pero con el corte a partir deuno de los lados del tnel, disponindose los taladrosen forma de un abanico (divergentes en el fondo).Tambin se le denomina corte de destroce porque sebasa en la rotura de toda la cara libre o frente deataque del tnel.Poco utilizado, requiere cierta anchura para conseguiravance aceptable.5. Corte combinado de cua y abanicoUsualmente recomendado para roca tenaz y dura,hasta elstica. til y muy confiable, aunque es difcilde perforar.5. Cortes en paraleloComo su nombre lo indica, se efectan con taladrosparalelos entre s. Se han generalizado por el empleocada vez mayor de mquinas perforadoras tipo Jumbo,que cuentan con brazos articulados en forma depantgrafo para facilitar el alineamiento y dar precisinen la ubicacin de los mismos en el frente de voladura.Los taladros correspondientes al ncleo y a la periferiadel tnel tambin son paralelos en razn de que esvirtualmente imposible perforar en diagonal con estasmquinas. Todos tienen la misma longitud llegando alpretendido fondo de la labor.El principio se orienta a la apertura de un hueco centralcilndrico, que acta como una cara libre interior de lamisma longitud que el avance proyectado para eldisparo. La secuencia de voladura comprende tresfases; en la primera son disparados casisimultneamente los taladros de arranque para crearla cavidad cilndrica; en la segunda los taladros deayuda del ncleo rompen por colapso hacia el eje delhueco central a lo largo de toda su longitud, ampliandocasi al mximo de su diseo la excavacin del tnel,tanto hacia los flancos como hacia el fondo; por ltimosalen los taladros de la periferia (alzas, cuadradores yarrastres del piso) perfilando el tnel con una accinde descostre. El perfil o acabado final de la paredcontinua del tnel depende de la estructura geolgicade la roca, bsicamente de su forma y grado defisuramiento natural (clivaje, diaclasamiento,estratificacin) y de su contextura.El hueco central debe tener suficiente capacidad paraacoger los detritos creados por el disparo de losprimeros taladros de ayuda cercanos, teniendo encuenta el natural esponjamiento de la roca triturada,de modo que se facilite la expulsin (trow) del materialde arranque, despus de las segundas ayudas y lostaladros perifricos.Para diferentes dimetros de taladros se requierendiferentes espaciamientos entre ellos. Es importante laprecisin de la perforacin para mantener estosespacios y evitar la divergencia o convergencia de lostaladros en el fondo con lo que puede variar el factorde carga. La densidad y distribucin de la columna deexplosivo, en muchos casos reforzada, as como lasecuencia ordenada de las salidas son determinantespara el resultado del corte.Usualmente los taladros de arranque se disparan conretardos de milisegundos y el resto del tnel conretardos largos, aunque en ciertos casos losmicroretardos pueden ser contraproducentes.Estos cortes son aplicados generalmente en rocahomognea y competente, son fciles y rpidos deejecutar pero como contraparte no siempre dan elresultado esperado, ya que cualquier error en laperforacin (paralelismo y profundidad), en ladistribucin del explosivo o en el mtodo de encendidose reflejar en mala formacin de la cavidad, o en lasinterizacin (aglomeracin) de los detritos iniciales queno abandonan la cavidad a su debido tiempo,perjudicando la salida de los taladros restantes. Si lacarga explosiva es demasiado baja el arranque noromper adecuadamente, y si es muy elevada la rocapuede desmenuzarse y compactar malogrando el cortelo que afectar todo el disparo.CAPTULO 9196Adems del corte cilndrico con taladros paralelos seefectan otros esquemas, como corte paraleloescalonado, con el que se procura conseguir un huecoo tajada inicial de geometra cuadrangular y deamplitud igual al ancho de la labor, cuyo desarrollocomprende un avance escalonado o secuencial portajadas horizontales o escalones, con taladros delongitudes crecientes intercalados, que se disparan endos fases; una primera que comprende taladros al pisoperforados y cargados en toda su longitud desde lacara libre hasta el fondo de avance, superpuestos aespacios determinados por otros distribuidos enplanos cada vez ms cortos hasta llegar al techo conuna longitud promedio de 30 a 60 cm, y una segundainversa con los taladros ms largos al techo, terminandocon los ms cortos al piso.El disparo de la primera fase rompe la mitad del tnelpor desplome, dejando un plano inclinado comosegunda cara libre, sobre la que actuarn los taladrosde la segunda fase por accin de levante.Estos cortes son adecuados para rocas estratificadas,mantos de carbn, rocas fisuradas o incompetentes.CAPTULO 9197Tipos de cortes paralelosLos esquemas bsicos con taladros paralelos son:- Corte quemado.- Corte cilndrico con taladros de alivio.- Corte escalonado por tajadas horizontales.Todos ellos con diferentes variantes de acuerdo a lascondiciones de la roca y la experiencia lograda endiversas aplicaciones.Corte quemadoComprende a un grupo de taladros de igual dimetroperforados cercanamente entre s con distintos trazoso figuras de distribucin, algunos de los cuales nocontienen carga explosiva de modo que sus espaciosvacos actan como caras libres para la accin de lostaladros con carga explosiva cuando detonan.El diseo ms simple es de un rombo con cinco taladros,cuatro vacos en los vrtices y uno cargado al centro.Para ciertas condiciones de roca el esquema se inviertecon el taladro central vaco y los cuatro restantescargados.Tambin son usuales esquemas con seis, nueve y mstaladros con distribucin cuadrtica, donde la mitadva con carga y el resto vaco, alternndose en formasdiferentes, usualmente tringulos y rombos. Esquemasms complicados, como los denominados cortessuecos, presentan secuencias de salida en espiral ocaracol.NotaComo los taladros son paralelos y cercanos, lasconcentraciones de carga son elevadas, por lo queusualmente la roca fragmentada se sinteriza en la parteprofunda de la excavacin (corte), no dndose as lascondiciones ptimas para la salida del arranque, comopor lo contrario ocurre con los cortes cilndricos.Los avances son reducidos y no van ms all de 2,5 mpor disparo, por lo que los cortes cilndricos sonpreferentemente aplicados.CAPTULO 9198Corte cilndricoEste tipo de corte mantiene similares distribuciones queel corte quemado, pero con la diferencia que influyeuno o ms taladros centrales vacos de mayor dimetroque el resto, lo que facilita la creacin de la cavidadcilndrica.Normalmente proporciona mayor avance que el cortequemado.En este tipo de arranque es muy importante el burdeno distancia entre el taladro grande vaco y el msprximo cargado, que se puede estimar con la siguienterelacin: B = 0,7 x dimetro del taladro central (elburden no debe confundirse con la distancia entrecentros de los mismos, normalmente utilizada).En el caso de emplear dos taladros de gran dimetrola relacin se modifica a: B = 0,7 x 2 dimetro central.Una regla prctica indica que la distancia entre taladrosdebe ser de 2,5 dimetros.Cmo determinar los clculos para perforacin ycarga1. Estime un dimetro grande en relacin con laprofundidad de taladro que permita al menos unavance de 95 % por disparo.Como alternativa perfore varios taladros depequeo dimetro de acuerdo con la siguientefrmula:1 = 2 x ndonde:1 : dimetro grande supuesto.2 : dimetro grande empleado.n : nmero de taladros grandes.2. Calcule el burden mximo en relacin con eldimetro grande de acuerdo a la siguiente frmula:Primer cuadriltero: B ~ 1,5 donde:B : burden mximo = distancia del huecogrande al hueco pequeo, en m. : dimetro del hueco grande.Para cuadrilteros subsiguientes: B ~ Adonde:B : burden mximo, en m.A : ancho de apertura o laboreo, en m.3. Siempre calcule la desviacin de la perforacin,para lo cual una frmula adecuada es la siguiente: F = B (0,1 0,03 H)donde:F : desviacin de la perforacin, en m.B : burden mximo, en m.H : profundidad del taladro, en m.Para obtener el burden prctico, reducir el burdenmximo por la desviacin de la perforacin (F).4. Siempre perfore los taladros segn un esquemaestimado.Un taladro demasiado profundo deteriora la roca,y uno demasiado corto deja que parte de la rocano se fracture. As, las condiciones desmejoran parala siguiente ronda disminuyendo el avance pordisparo como resultado final.5. Calcule siempre las cargas en relacin con elmximo burden y con cierto margen de seguridad.6. Seleccione el tiempo de retardo de manera que seobtenga suficiente tiempo para que la roca sedesplace. Los dos primeros taladros son los msimportantes.7. Factores a considerar para conseguir ptimoresultado cuando se emplean cortes paralelos.CAPTULO 9199CAPTULO 9200CAPTULO 9201Diseo bsico para voladura subterrnea entnelEl trazo o diagrama de distribucin de taladros y de lasecuencia de salida de los mismos presenta numerosasalternativas, de acuerdo a la naturaleza de la roca y alas caractersticas del equipo perforador, llegando enciertos casos a ser bastante complejo.Como gua inicial para preparar un diseo bsico devoladura en tnel mostramos el ya conocido mtodode cuadrados y rombos inscritos, con arranque por cortequemado en rombo, y con distribucin de los taladrosy su orden de salida.Distribucin y denominacin de taladrosLos taladros se distribuirn en forma concntrica, conlos del corte o arranque en el rea central de lavoladura, siendo su denominacin como sigue:1. Arranque o cuelesSon los taladros del centro, que se disparan primeropara formar la cavidad inicial. Por lo general se cargande 1,3 a 1,5 veces ms que el resto.2. AyudasSon los taladros que rodean a los taladros de arranquey forman las salidas hacia la cavidad inicial. De acuerdoa la dimensin del frente vara su nmero y distribucincomprendiendo a las primeras ayudas (contracueles),segunda y terceras ayudas (taladros de destrozo ofranqueo). Salen en segundo trmino.3. CuadradoresSon los taladros laterales (hastiales) que forman losflancos del tnel.4. Alzas o techosSon los que forman el techo o bveda del tnel.Tambin se les denominan taladros de la corona. Envoladura de recorte o smooth blasting se disparan juntosalzas y cuadradores, en forma instantnea y al finalde toda la ronda, denominndolos en general,taladros perifricos.5. Arrastre o pisosSon los que corresponden al piso del tnel o galera;se disparan al final de toda la ronda.Nmero de taladrosEl nmero de taladros requerido para una voladurasubterrnea depende del tipo de roca a volar, del gradode confinamiento del frente, del grado defragmentacin que se desea obtener y del dimetro delas brocas de perforacin disponibles; factores queindividualmente pueden obligar a reducir o ampliar lamalla de perforacin y por consiguiente aumentar odisminuir el nmero de taladros calculadostericamente. Influyen tambin la clase de explosivo yel mtodo de iniciacin a emplear.Se puede calcular el nmero de taladros en formaaproximada mediante la siguiente frmula emprica:Ntal. = 10 x A x Hdonde:A : ancho de tnel.H : altura del tnel.CAPTULO 9202EjemploPara un tnel de 1,80 m x 2,80 m = 5,04 m2Ntal. = 5 x 10 = 2,2 x 10 = 22 taladrosO en forma ms precisa con la relacin:N t = (P/dt) + (c x S )donde:P : circunferencia o permetro de la seccin deltnel, en m, que se obtiene con la frmula:P = A x 4dt : distancia entre los taladros de la circunferenciao perifricos que usualmente es de:Dureza de roca Distancia entre taladros(m)Tenaz 0,50 a 0,55Intermedia 0,60 a 0,65Friable 0,70 a 0,75c : coeficiente o factor de roca, usualmente de:Dureza de roca Coeficiente de roca(m)Tenaz 2,00Intermedia 1,50Friable 1,00S : dimensin de la seccin del tnel en m2 (caralibre)Ejemplopara el mismo tnel de 5 m2 de rea, en rocaintermedia, donde tenemos:P = 5 x 4 = 2,2 x 4 = 8,8dt = 0,6c = 1,5S = 5 m2Aplicando la frmula: Nt = (P/dt) + (c x S),Tenemos:(8,8/0,6) + (1,5 x 5) = 14,7 + 7,5 = 22 taladros.Distancia entre TaladrosSe determinan como consecuencia del nmero detaladros y del rea del frente de voladura.Normalmente varan de 15 a 30 cm entre losarranques, de 60 a 90 cm entre los de ayuda, y de 50a 70 cm entre los cuadradores.Como regla prctica se estima una distancia de 2 pies(60 cm) por cada pulgada del dimetro de la broca.Los taladros perifricos (alzas y cuadradores) se debenperforar a unos 20 a 30 cm del lmite de las paredesdel tnel para facilitar la perforacin y para evitar lasobrerotura. Normalmente se perforan ligeramentedivergentes del eje del tnel para que sus topespermitan mantener la misma amplitud de seccin enla nueva cara libre a formar.Longitud de taladrosSer determinada en parte por el ancho til de laseccin, el mtodo de corte de arranque escogido ypor las caractersticas del equipo de perforacin. Concorte quemado puede perforarse hasta 2 y 3 m deprofundidad, mientras que con corte en V slo sellega de 1 a 2 m de tneles de pequea seccin. Paracalcular la longitud de los taladros de corte en V, cuao pirmide se puede emplear la siguiente relacin:L = 0,5 x SDonde:S : es la dimensin de la seccin del tnel en m2.Cantidad de CargaDepende de la tenacidad de la roca y de la dimensindel frente de voladura. Influyen: el nmero, dimetroy profundidad de los taladros y el tipo de explosivo einiciadores a emplear.Se debe tener en cuenta que la cantidad de explosivopor m2 a volar disminuye cuanto ms grande sea laseccin del tnel, y tambin que aumenta cuanto msdura sea la roca.En trminos generales puede considerarse los siguientesfactores en kg de explosivos/m3 de roca.En minera los consumos de dinamita varangeneralmente entre 300 a 800 g/m3.Como generalidad, pueden considerar los siguientesfactores para:Tipo de roca Factor(kg/m3)Muy difciles 1,5 a 1,8Difciles1,3 a 1,5Fciles1,1 a 1,3Muy fciles 1,0 a 1,2En donde podemos considerar:- Rocas muy difciles: granito, conglomerado,arenisca.- Rocas difciles: arenisca sacaroide, arenaesquistosa.- Rocas fciles: esquisto, arcilla, esquistos arcillosos,lutita.- Rocas muy fciles: arcilla esquistosa o rocas muysuaves.Valores estimados para galera con una sola cara libre,para disparos con 2 caras libres se pueden considerarvalores de 0,4 a 0,6 kg/m3.Distribucin de la carga1. Movimiento de rocaVolumen (V) = S x Ldonde:V : volumen de roca.CAPTULO 9203S : dimensin de la seccin, en m2.L : longitud de taladros, en m.Tonelaje (t) = (V) x donde: : densidad de roca, usualmente de 1,5 a 2,5(ver tablas).2. Cantidad de carga(Qt) = V x kg/m3donde:V : volumen estimado, en m3.kg/m3 : carga por m3 (cuadro posterior)3. Carga promedio por taladroQt/Ntdonde:Qt : carga total de explosivo, en kg.Ntal. : nmero de taladros.En la prctica, para distribuir la carga explosiva, demodo que el corte o cual sea reforzado, se incrementade 1,3 a 1,6 veces la carga promedio en los taladrosdel arranque, disminuyendo en proporcin las cargasen los cuadradores y alzas (que son los que menostrabajan, ya que actan por desplome).Caractersticas de los taladros de destroceResumen1. Carga de fondo = L/3, donde L = longitud deltaladro (para las alzas: L/6).2. Burden (B) no mayor de (L 0,40)/2.3. Espaciamiento (E) = 1,1 x B hasta 1,2 x B (en loscuadradores).4. Concentracin de carga de fondo (CF) para:Dimetro de taladro Carga especfica(mm) (kg/m3)30 1,140 1,350 1,55. Concentracin de carga de columna (CC) = 0,5 xCF, en kg/m3.6. Longitud del taco (T) = 0,5 x B, (en arrastres 0,2 x B).El esquema geomtrico general de un corte de cuatrosecciones con taladros paralelos se indica en lasiguiente figura.La distancia entre el taladro central de alivio y lostaladros de la primera seccin no debera exceder de1,7 x D2 para obtener una fragmentacin y salidasatisfactoria de la roca. Las condiciones defragmentacin varan mucho, dependiendo del tipo deexplosivo, caractersticas de la roca y distancia entrelos taladros cargados y vacos.Para un clculo ms rpido de las voladuras de tnelcon cortes de taladros paralelos de cuatro secciones sepuede aplicar la siguiente regla prctica:Una regla prctica para determinar el nmero de secciones es que la longitud del lado de la ltima seccin B seaigual o mayor que la raz cuadrada del avance.CAPTULO 9204Profundidad de los taladrosEn el corte de cuatro secciones, la profundidad de lostaladros puede estimarse con la siguiente expresin:L = 0,15 +34,1 x 2 - 39,4 x ( 2)2donde:L : longitud de taladro, en m.2 : dimetro del taladro de alivio, en mm.Cuando se utilizan varios taladros vacos, la ecuacinsigue vlida haciendo2 = 1 N tal.donde:2 : dimetro de los taladros vacos, en m.N tal. : nmero de taladros.1 : dimetro de taladros de produccin, en m.La concentracin lineal de carga para los taladros delarranque se calcula a partir de la siguiente expresin:q1 = 55 x 1 (B/2)1,5 x (B 2/2)(c/0,4)(1/PRPANFO)donde:q1 : concentracin lineal de carga, en kg/m.1 : dimetro de produccin, en m.2 : dimetro del taladro de alivio, en m.B : dimensin del burden, en m.C : constante de la roca.PRPANFO : potencia relativa en peso del explosivoreferido al ANFO.La potencia es, desde el punto de vista de aplicacinindustrial, una de las propiedades ms importantes,ya que define la energa disponible para producirefectos mecnicos, entre otros y la podramos obtenerde la siguiente frmula: PRP ANFO = ((d -Vd2) / (dANFO. V2 ANFO))1/3donde:d = densidad de explosivo (g/cm3)Vd = velocidad de detonacin del explosivo (m/s)dANFO = densidad del ANFO (g/cm3)VANFO = velocidad de detonacin del ANFO (m/s)Ejemplo de clculo para voladura de tunelClculo para excavacin de un tunel de 1.400 m con10,44 m2 de seccin, recta con perfil convencional sinrecorte perifrico, en roca andestica, a perforar contaladros de 1 1/4" (32 mm) y 2,40 m de longitud, cortecilndrico con taladros paralelos. Explosivo, SEMEXSA65 de 1 1/8" x 7", encendido con detonadores noelctricos de retardo corto para el arranque y de mediosegundo para el ncleo.Clculo de carga:Cantidad de explosivo1. Volumen de material a mover por disparoV = S x p (rea de la seccin por profundidadde taladro)V = 10, 44 x 2,40 m = 25 m3 de roca pordisparo.2. Nmero de taladros por seccinN = R/C + K.S donde:R = circunferencia de la seccin en metrosS x 4 = 10,44 x 4 = 12,9C = distancia entre los taladros de circunfe-rencia en metros0,5 para roca dura0,6 para roca intermedia (andesita por ejemplo)0,7 para roca blandaS = dimensin de la seccin en m2 (= 10,44 m2)K = coeficiente:2 para roca dura1,5 para roca intermedia1 para roca blandaLuego N = 12,9/0,6 + 1,5 x 10,44 = 37,2 = 37taladros mximo (cantidad que podr ser disminuidasi las condiciones del terreno lo permiten)3. Cantidad de carga (factor)De acuerdo a las secciones del tnel y dureza de laroca, se obtiene el promedio en kg de explosivoutilizado por m3 de roca movida para cada metrode avance, tenindose los siguientes casos para rocaintermedia:(a) 1 a 5 m2 2,2 a 1,8 kg/m3 (b) 5 a 10 m2 1,8 a 1,4 kg/m3(c) 10 a 20 m2 1,4 a 1,0 kg/m3 (d) 20 a 40m2 1,0 a 0,8 kg/m3De acuerdo a los valores en (b) podemos considerarun promedio de 1,6 kg/m3 para la seccin prevista,lo que da un consumo estimado por disparo de:1,6 kg/m3 x 25 m3 = 40 kg/m3Siendo el factor de carga por taladro de:40/37 = 1,08 kg/m3 por taladro.Segn este factor el nmero promedio de cartuchospor taladros con SEMEXSA 65 en 1 1/8 x 7" y con116 gramos de peso, ser de : 1 080 / 116= 9,3cartucho por taladro y: 9,3 x 37 taladros = 344cartuchos por disparo teniendo la caja de SEMEXSA25 kg/m3, 215 cartuchos en promedio, el consumode cajas por disparo ser de: 344/215 = 1,6 cajas.Por tanto , el consumo total para el tnel de 1 400m solamente con SEMEXSA ser de:- Longitud de taladro = 2,40 m- Avance por disparo, considerando una eficienciade 90% = 2,10m- Nmero total de disparos: 1.400 / 42,10 m=666- Total de cajas a emplear: 1,60 x 666 = 1 065,5=1 066 cajas4. Distribucin de la carga por taladros- Normalmente la longitud de la columna explosivavara de 1/2 a 2/3 de la longitud total del taladro(1,20 a 1,60 m en este caso), con la cargaconcentrada al fondo.CAPTULO 9205Para asegurar el corte de arranque es recomendablecargar los taladros de arranque 1,3 a 1,6 veces elpromedio calculado, las ayudas 1,1 vez y disminuirproporcionalmente la carga en el resto de taladros.Ejemplo: Si el trazo de arranque lleva cuatro taladroscargados y ocho ayudas, la distribucin ser:- Carga promedio por taladro 1,08 (anterior)- Arranques = 1,08 x 1,3 = 1,40 kg x 4 taladros= 5,6 kg- Ayudas = 1,08 x 1,1 = 1,18 kg x 8 taladros= 9,44 kg- Cuadradores = 1,40 - 1,08 = 0,321,08 - 0,32 = 0,76 kg por taladroSuponiendo sean ocho taladros = 0,76 x 8 = 6,08kg y as sucesivamente hasta completar la cargatotal estimada anteriormente por disparo (40 kg).Es conveniente sellar los taladros con taco dearcilla de unos 20 a 30 cm compactados, lo queincrementar la eficiencia en un 10%.5. Distribucin de los taladrosEl corte de arranque de preferencia se ubicar al centrode la seccin. Para mejor distribucin de los taladrosde destroce, debe formar una cavidad inicial de 1 a 2m de dimetro, ideal para dar cara libre lateral a lostaladros de ayuda y destroce hacia dicha cavidad.Normalmente al inicio se experimenta con variostrazos de arranque, pero el usual es el corte cilndrocon un taladro central de alivio, de mayor dimetroque los dems, pero sin carga explosiva (que serla cara libre inicial), rodeado por cuatro o mstaladros de menor dimetro con carga explosivareforzada (arranque).La distancia del taladro de alivio al de arranque mscercano secalcula aproximadamente con la sgte frmula:V= 0,7 dimetro del taladro centralEjemplo 75 mm = 0,7 x 75 = 52 mmSi solamente se perforan taladros de menordimetro en rombo o paralelos, unos con carga yotros vacos, la distancia usual entre ellos ser de15 a 25 cm.La distancia entre los dems taladros de destrocese determina por su nmero y el rea disponiblepara su distribucin, pero generalmente es de0,5 a 0,7 m para los cuadradores y de 0,6 a 0,9 mpara los de ayuda.6. Disparo - tiempos de retardoEn tneles se puede iniciar mediante fulminante-media, detonadores no elctricos de shock oeventualmente detonadores elctricos, pero nor-malmente para secciones con corte cilindro seprefieren los no elctricos de miliretardo.En trazos con uno o dos taladros vacos al centro,de mayor o igual dimetro que los de produccin,se suele rodearlos con cuatro, seis o ms taladrosde arranque que se inician con detonadores demilisegundos, de dos formas: taladros opuestoscruzados con el mismo nmero de retardo eje 2 -2, 3 - 3, 4 - 4, o con series escalonadas intercaladas(ejemplo: 1 - 3 - 5 - 7 - 9 - 11 - 13), para limitarvibraciones y proporcionar mayor empuje alosdetritos del arranque. Esta serie cubrir tambina las primeras ayudas.El resto de taladros: segundas ayudas, cuadradores,alzas y arrastres se dispararn con detonadores demedio segundo en series escalonadas para permitirlas salidas del centro hacia fuera debe tenerse en cuentala recomendacin de no emplear tiempos mayores de100 ms entre los tiros, para evitar interferencias.CAPTULO 9206CAPTULO 9207CAPTULO 9208CAPTULO 9209CAPTULO 9210CAPTULO 9211CAPTULO 9212CAPTULO 9213MTODOS DE EXPLOTACIN EN MINERALos principales mtodos de explotacin empleados enminera superficial y subterrnea son los siguientes:1. Open Pit (Pits) Tajos y Canteras por bancos acielo abierto.2. Block Caving (BCV) Hundimiento masivo porbloques.3. Sub Level Stoping (SST SLS) Tajeos por subniveles.4. Sub Level Caving (SCV SLC) Hundimiento porsubniveles.5. Long Wall Stoping (NLG LWS) Cortesmecanizados por fases a lo largo de la cara demantos.6. Room and Pillar (R&P) Cmara y pilares desostenimiento.7. Shrinkage Stoping (SS) Tajeos conalmacenamiento provisional, dinmico o esttico.8. Cut and Fill (C&F) Corte y relleno; ascendente odescendente.9. Top Slicing (TOP) Corte por rebanadas, conhundimiento.10. Square Set (SQS) Tajeo con sostenimiento porcuadros de madera.Tambin mencionamos:- Realce por chimeneas con taladros largoshorizontales, breasting.- Realce por taladros largos verticales VCR.- Hundimiento por subniveles con relleno posterior.Los aspectos ms importantes para determinar suaplicacin son:- La forma y volumen del yacimiento, que comprendea la potencia y buzamiento de vetas y cuerposmineralizados.----- La estabilidad del terreno, pues es algunos casosse requerir de medios de sostenimiento paramantener abiertas las excavaciones.- Los medios a emplear para la voladura, extracciny acarreo del material volado.En su preparacin y luego en su operacin seaplican diversos trazos de voladura: tneles,chimeneas, rampas, bancos, cortes con taladroslargos en abanico y en paralelo. breasting y otrosms especficos, como los de voladura controlada.Como resultado varios de ellos dejan abiertasgrandes excavaciones o cavernas que deben serestabilizadas con sostenimiento mecnico, rellenocon detritos de roca o relaves.Para el control de daos factibles de ocurrir durantela voladura se requiere de medios de apoyo, comoestudios de mecnica de rocas, control devibraciones y otros.MTODOS DE MINADO SUBTERRNEO Naturalmente soportados Artificialmente soportados No soportadosCmaras y Subniveles y Corte y relleno Crteres Paredes Hundimientopilares taladros largos (cut and fill verticales Largas (long por(room and (sub level and stoping) en wall mining) subnivelespillar) long hole retroceso (sub levelstoping) (VCR caving)stoping)Hundimiento Almacenamiento en bloque provisional (block (shrinkage caving) stoping)CAPTULO 9214CAPTULO 9215CAPTULO 9216MTODO DE EXPLOTACIN CON TALADROSLARGOSEntre los mtodos ms conocidos tenemos:- LHB.- Subniveles con taladros en abanico.- VCR.La perforacin de taladros largos es la operacin msdelicada al aplicarla en un mtodo de explotacin, puesel xito de las voladuras depender principalmente deuna buena perforacin. El problema ms comn en laetapa de perforacin es la desviacin de taladros, queafecta a la malla de perforacin establecida.Los tipos de perforaciones de taladros largos son lossiguientes:I. Perforacin en anillos.II. Perforacin de taladros paralelos.A. Mtodo LHB (long hole blasting)Este mtodo es una aplicacin de los principios devoladura en banco a cielo abierto a las explotacionessubterrneas. El mtodo afecta, principalmente, a laoperacin de arranque y en cierta medida a lapreparacin de las cmaras, puesto que, en general,slo se trabaja en dos subniveles, uno de perforaciny otro de extraccin. Sin embargo, el principio deexplotacin es el mismo que en el de Cmaras porSubniveles.Convencionales (Sublevel Stoping)En este mtodo cada cmara se divide en tres sectoresclaramente diferenciados:1. Corte inferior, que cumple las misiones de ser lazona receptora del mineral fragmentado y de crearla cara libre en el fondo de los taladros.2. Sector de taladros largos, donde se perforanlos taladros de gran dimetro, y representa entreel 85 y 90% del tonelaje de la cmara.3. Corte lateral, que sirve como primera cara librevertical para la voladura, tanto del corte inferiorcomo de la zona de taladros largos.El corte lateral, o inicio de seccin, se construye a partirde una chimenea con dimensiones que oscilan entre1,8 y 3,5 m, dependiendo de los casos y que puedeser excavada con raise borer o por el mtodo VCR,utilizando la misma perforadora de produccin. A partirde la chimenea se crea el corte inferior con taladrosverticales en abanico, generalmente de 65 mm (2 ).En el diseo de la malla de perforacin para taladroslargos podemos aplicar la frmula de Langefors:donde:Bmax : burden mximo, en m. : dimetro del taladro, en mm.c : constante de la roca.Se toma generalmente:Dureza de roca Constante de rocaIntermedia 0,3 + 0,75Dura 0,4 + 0,75f : factor de fijacin.Tipo de taladro Factor de fijacinVertical 1,00Inclinado, 3:1 0,90Inclinado, 2:1 0,85E/B : relacin entre el espaciamiento y el burden.Dc : densidad de carga, en g/cm3.PRP : potencia relativa en peso del explosivo.Un valor prctico del burden se obtiene a partir delvalor mximo, aplicando una correccin por ladesviacin de los taladros y error de emboquillamiento,siendo L la longitud del taladro:B = Bmax (2 x ) (0,02 x L)El valor del espaciamiento (E) lo sacamos de laexperiencia o lo podemos determinar con la siguienteexpresin:E = 1,25 x BVentajasProporciona mayor seguridad en los trabajos, altaproduccin y rendimiento, gran altura de banqueo(hasta 70 m), lo que permite disparar bloques de grantamao. Menor dao a la roca remanente, con empleode explosivos a granel de menor costo, como Examon.En algunos casos, los taladros largos pasantes de nivela nivel, que se disparan por filas como el banqueo desuperficie, se pueden cebar al centro de manera quela onda iniciadora se reparte hacia arriba y abajosimultneamente.DesventajaPuede producir dilucin del mineral al mezclarse conmaterial estril. Alto nivel de vibraciones yapelmazamiento del material disparado, por su cadade gran altura.B. Mtodo de subniveles con taladros en abanicoEl sistema es aplicable en yacimientos subverticales (70a 90) con cajas o hastiales con buenas caractersticasgeomecnicas. Una vez extrado el mineral, quedancmaras abiertas de grandes dimensiones, similares alas de los mtodos VCR y LBH.La perforacin en forma de abanicos, se realiza desdelas galeras de preparacin de los subniveles con barrasascendentes, descendentes o hacia ambos lados, cuyaslongitudes se adaptan al contorno de la mineralizacin.Para disminuir los altos costos por labores depreparacin, se intenta que los taladros tengan unagran longitud. D dc x PRPBmx = 33 c x f x (E/B)CAPTULO 9217Al igual que el mtodo LBH, inicialmente se construyeuna chimenea (creando una cara libre) y posteriormentese disparan los taladros prximos, para abrir la caralibre a todo el ancho del tajeo, luego se disparan lasfilas de produccin.Se utilizan voladuras controladas en los lmites de lostajeos para reducir los riesgos de accidentes por cadade rocas.Los dimetros de las brocas para este tipo de mtodovaran entre 51 a 64 mm (2 a 2 ). La separacinentre secciones de perforacin oscila entre 1,2 y 1,8m. El emboquillamiento, orientacin y la desviacinde los taladros, son algunas de las condicionesoperativas para obtener buenos resultados. Por ello,es necesario emplear sistemas de orientacin yaccesorios especiales y no perforar taladros conlongitudes mayores a 25 m.El diseo de la malla de perforacin se realiza a partirdel factor de carga: 0,40Ce = FC + 0,03 L + AVEsto est en funcin de la roca, longitud de perforaciny anchura de voladura, donde:Ce : consumo especfico de diseo en el fondodel taladro y en un quinto de la longitud delmismo.Est expresado en kg/m3, de explosivo de altapotencia.FC : Factor de carga base de la roca, calculado apartir de la siguiente tabla:Tipos de roca Consumo especficobase (kg/m3)Fisurada 0,60Con juntas 0,55Fracturada 0,50Relativamente homognea 0,45Homognea y dura 0,40Blanda y homognea 0,35L : longitud de los taladros, en m.AV : ancho de avance vertical, en m.El esquema en el fondo se calcula a partir de laconcentracin lineal de carga q que se espera alcanzar,mediante: q kg/mAe = E x B = CE kg/m3Los valores de burden (B) y espaciamiento (E), cumplenla siguiente relacin : (cuando E = 2B suele obtenersebuenos resultados).E = 1,3 a 2BPara disminuir los costos de perforacin, espreciso aprovecharla al mximo, basndose ensistemas mecanizados de carga.Los explosivos ms usados en voladuras em-pleandotaladros largos son los siguientes:- Dinamitas como carga de fondo. Ejemplo:Gelatinas y Semigelatinas (Semexsa 80 y Semexsa65)- Emulsiones encartuchadas como carga de fondo.Ejemplo Exagel-E en lminas plsticas,Semexsa-E en papel parafinado tipo dinamita.- Examon (ANFO) como carga de columna.Ventajas:Este mtodo se adapta a cuerpos tabulares debuzamiento variable.En la perforacin en abanicos o en anillos, es posibledeterminar la longitud del taladro a cargar, medianteuna inspeccin continua de la lama del taladro, a finde determinar a partir de qu distancia el material esestril (contacto del mineral con las cajas o techo)Desventajas:Cuando el sector que se perfora en abanico tiene unngulo menor de 360, la distribucin de la energaen los extremos de dichos abanicos es deficiente yconsecuentemente, la fragmentacin y eldesplazamiento son insuficientes.Conforme la distancia entre cargas en un abanicodisminuye, existe un aumento de la probabilidad deque una carga inicie por simpata o que se insensibilicepor la compresin en la detonacin. En cualquier caso,el rendimiento del arranque y los resultados de lavoladura se ven afectados negativamente.C. Mtodo VCR (Crteres verticales en retroceso)Este mtodo consiste en delimitar la cmara de minerala explotar por un sistema de galeras paralelas a distintonivel, perforando desde una galera superior todos lostaladros pasantes que cubren la cmara ydisparndolos sucesivamente en forma ascendente concargas esfricas (cargas explosivas que cumplen conla expresin L < 6D), situadas a una profundidad talque los crteres formados se solapen, definiendo untecho lo ms regular posible. La que segn Livingstonepuede calcularse con la siguiente frmula: 3Long. ptima = 0,5 x E x 3 x x P x 10 x D 2CAPTULO 9218donde:E = factor de energa = 1,5 (dependiendo del tipode roca y explosivo)P = grado de compactacin de la carga en kg/dm3D = dimetro del taladro, en mm.Al comenzar la operacin se tapona el fondo del taladroy se llena con arena hasta una determinada altura,para que selle y sirva de lecho a la carga explosiva, ala que luego de colocada y cebada se cubre por encimacon arena fina o agua como taco inerte (de una longitudde 12 veces el dimetro del taladro). Los dems taladrosse cargan distribuyendo sus columnas escalonadas,aumentando su profundidad con diferencias de 10 a20 cm.El burden debe ser inferior a la profundidad de cargadel taladro central, pero no deben estar de-masiadoprximos entre s, para evitar problemas por las altasconcentraciones de carga empleadas. Se enciende untaladro a la vez, sobre todo al principio del trabajo.Posteriormente al dominarse el trazo y tipo de rocapueden dispararse varios al mismo tiempo, connmeros alternos de micro retardo.Cada disparo abrir primero un crter en forma decono invertido, ensanchndose luego toda rea delfrente de voladura por etapas. El material roto cae haciael piso inferior de donde se retira. De esta forma, concada tiro la chimenea avanza hacia arribadenominndose por ello mtodo de crteres invertidosen retroceso.De los draw points se extrae slo el mineral necesariopara que el espacio abierto entre el mineralfragmentado desprendido y el techo de la cmara seasuficiente para preparar y efectuar el prximo disparo(si es excesivo se pueden desprender rocas de las cajaslas que adems de ser peligrosas provocan dilucindel mineral).Los dimetros mas usuales son 110 mm (4,5) y 161mm (6,5) para los que por ejemplo se recomendaralos siguientes parmetros:Para 110 mm rea del frontn 2,4 x 2,4 mmEspaciamientos 1,20 mSLURREX AP por taladros, por tiro 12,5 kgLongitud atacada 1,5 mAvance estimado 2,15 mPara 161 mm rea del frontn 3,65 x 3,65 mEspaciamientos 1,80mSlurrex Ap por taladro, por tiro 25,8 kgLongitud atacada 1,8 mAvance estimado 3,0Ventajas:Mayor seguridad para el personal al eliminar el riesgode desplomes, rapidez, buena fragmentacin, menorvibracin por el menor peso de explosivo por retardo,mayor proteccin de las cajas ya que el propio materialvolado acta de sostenimiento en la cmara almacnal piso. Se adapta a yacimientos estrechos del ordende 3 a 10 m de potencia, incluso con inclinaciones nomuy elevadas.No se necesita perforar chimenea de arranque paracara libre, como en los mtodos anteriores.Desventajas:Al finalizar la extraccin puede desprenderse roca delas cajas produciendo dilucin; tambin existe laposibilidad de hundimiento cuando se llega a lacorona.Comentarios- El uso de taladros largos en cualquiera de losmtodos permite obtener costos operativos msbajos que con otro tipo de perforacin. Esto se debeprincipalmente a que permite una altamecanizacin y a su alto nivel de produccin (si elcuerpo mineralizado tiene condiciones adecuadas).- Es necesario realizar un diseo adecuado para lapreparacin a fin de sacar el mximo provecho alyacimiento.- En cualquiera de los mtodos utilizados, se tieneque tener mucho cuidado con la dilucin. sta estarpresente por cada de las cajas o por la presenciade bolsonadas de estril, presentes en los cuerposmineralizados.El principal inconveniente de este tipo de voladuras, esla generacin de vibraciones que pueden daar laboreso instalaciones prximas. Este problema se resuelvemediante la aplicacin de cargas con retardosintermedios o con espaciadores de madera.Con un estudio de vibraciones puede determinarsela cantidad mxima de explosivo que puedeconstituir cada carga individual, considerando losiguiente:1. La relacin longitud de carga/dimetro debemantenerse por encima de 20 para obtener unabuena fragmentacin.2. El volumen de roca situado frente a los retacadosintermedios tiende a desmejorar la fragmentacin.CAPTULO 9219CAPTULO 9220CAPTULO 9221VOLADURA DE TAPON (PLUG BLASTING)Este tipo especial de voladura corresponde al disparofinal que se debe efectuar para comunicar un tnel ouna chimenea con una laguna o reservorio con aguapresente en obras de irrigacin o hidroelctricas.Normalmente una voladura por rotura de tapn,produce un violento ingreso de agua y detritos quepueden crear un gran efecto destructor en lasinstalaciones existentes. Por otro lado, si los detritos seacumulan apretadamente pueden obstruir el tnel, porlo que es de norma entramparlos habilitandopreviamente una excavacin en el piso del tnel, seabajo el tapn o a la ms corta distancia, con capacidadsuficiente para contenerlos, una voladura de tapn(plug blasting) tiene como premisa una sola opcinpara ejecutarse.De acuerdo a las especificaciones del tnel, distancias,condiciones de la roca, instalaciones y otros aspectos,se suele considerar tres alternativas para ejecutar estetrabajo:A. Disparo al aire, con el tnel seco y libre.B. Disparo con el tnel parcialmente inundado.C. Disparo con el tnel totalmente inundado y sellado.Por referencia de experiencias en trabajos similares, seprefiere la tercera opcin para limitar la proyeccindel material roto y disipar la onda expansiva, a pesarde ser la ms difcil de preparar. Normalmente, entreel tapn y el agua del tnel queda entrampado uncolchn de aire sujeto a presin, que debe tenerse enconsideracin.Dadas las condiciones de dificultad, presencia deagua, riesgo operativo y por la necesidad de asegurarel disparo en una opcin, deber aplicarse losiguiente:a. Sistema de iniciacinEl disparo debe ser elctrico, secuencial, con retardosde milisegundos, debido a su precisin y a que esobligatorio comprobarlo antes del tiro, lo que otrossistemas no permiten.Como la voladura tiene que prepararse y quedartotalmente lista para despus quedar sumergida porun tiempo no determinado luego de inundar el tnel,deben instalarse otras dos lneas de disparoindependientes, desde el explosor (a ubicar en la bocadel pique) hasta el tapn, con cables unipolaresnuevos, entubados y sujetos preferentemente al techodel tnel para protegerlos al momento de inundarloel tnel.Estas lneas se empalmaran en un punto comn en elfrontn a una conexin en serie - paralelo. Todos losempalmes debern quedar permanentemente aisladosy asegurados, para soportar la inmersin sin prdidasde corriente.Se colocarn como mnimo dos detonadores del mismonmero por taladro, uno al fondo y otro a mediacolumna, con entrada independiente para evitar fallas.b. Condiciones de presin y aguaPor las condiciones de presin, agua y por la necesidadde tener una ptima sensibilidad a la iniciacin ytransmisin en la columna de carga, el explosivo autilizar debe ser una Gelatina Especial 90, cuya altatenacidad, velocidad y presin de detonacin,asegurarn un fuerte efecto brisante necesario pararomper la costra del tapn. Otro tipo de explosivopuede estar sujeto al efecto de desensibilizacin porpresin (death - pressing) o fallas de transmisin y nodetonar.Por el confinamiento del propio tapn el factor de cargaes elevado, en principo con rangos usuales de 1,5 a1,8 kg/m3. Como referencia, se puede tener unestimado de la energa requerida considerando parala Gelatina Especial 90 aproximadamente 1.186 cal/g 4.969 j/g.El explosivo debe quedar acoplado y hermticamentesellado en el taladro, para ello se recomienda tacoinerte de arcilla mezclada con silicato, presionadofinalmente con un tapn cnico de madera (ranuradopara el pase de los alambres) para mantenerla en sulugar.c. PerforacinEl trazo de la malla de perforacin para la seccindel tapn puede ser rectangular o circular y est enfuncin de la seccin del tnel; si sta es muyreducida ser conveniente ampliar la del tapn paraasegurar la profundidad de avance. Se prefiere laperforacin con taladros, paralelos considerando elcorte de arranque cilndrico con dos o ms taladrosde alivio. Dependiendo de la amplitud de la seccinpuede perforarse hasta dos arranques con salidasimultnea para lograr rpidamente una mayor caralibre.El aspecto ms importante es el espesor del tapn, quetambin est con relacin a la seccin. Es muyimportante poder determinar con precisin el realespesor de la costra remanente entre el fondo de lostaladros y la superficie de contacto con el agua, tantopor la seguridad para el personal como para garantizarque sta no se romper totalmente con el disparo.Informacin al respecto indica espesores de 0,5 m comoadecuados en roca competente.Igualmente importante es determinar si hay materialaluvial suelto yacente sobre la costra del tapn, ya queste tambin ser colapsado.CAPTULO 9222ste es uno de los trabajos ms riesgosos envoladura, especialmente en las ltimas fases deperforacin y durante el ensamble del disparo puesla costra delgada puede colapsar en cualquiermomento si la presin de la columna de agua eselevada.CAPTULO 9223CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 10O 10O 10O 10O 10224225e entiende como tal a la tcnica que tiene comofinalidad principal la reduccin de pedrones grandes,sean stos naturales o procedentes de una voladuraprimaria, a fragmentos de menor tamao mucho msconvenientes y manejables. Tambin para la demolicinde estructuras menores de concreto. Para ello se puedenaplicar dos medios, segn las condiciones y el lugaren que se encuentre el pedrn o la estructura a romper:A. Medios mecnicos: entre los que tenemos:a. Cuas mecnicas, martillos hidrulicos, sistemacardox y otros.b. Chorro de agua a alta presin.c. Cementos expansivos.d. Bola dinmica.B. Voladura secundaria con explosivos:a. Con perforacin de taladros (cachorros).b. Con cargas superficiales (plastas, torpedos).C. Con cargas conformadas direccionales:Los medios mecnicos son limitados en cuanto a surendimiento, pero no presentan explosin ni riesgo deproyecciones, por lo que son una alternativa a lavoladura en casos particulares, como la rotura de rocasen reas de poblacin, cerca a instalaciones delicadascomo lneas de transmisin, transformadores, puentes,lneas frreas y otras. Con este propsito se describensomeramente.Las cuas metlicas tradicionales introducidas engrietas y fisuras de la roca, y golpeadas con un martillo,producen particin por cizallamiento y desplazamiento.Como es un mtodo lento, se le ha mejorado mediantelas cuas hidrulicas como las del sistema Darda. Esteequipo permite, tras perforar primero un taladro,introducir repetidamente una cua mediante el golpeode un pistn accionado hidrulicamente, hastafragmentar la roca en forma progresiva.CAPITULO 10ROTURA SECUNDARIASLos martillos de percusinTambin llamados de accionamiento neumtico ohidrulico. Disponen de un cincel que golpearepetidamente a la roca hasta conseguir su rotura porastillamiento. El nmero de golpes necesarios pararomper una piedra depende tanto de la fuerza del golpecomo de la resistencia de la roca. Normalmente seaplican para desatorar parrillas de mineral, montadosen un brazo articulado fijo o mvil. Se les conocetambin como Pickhammers.El sistema cardox consiste en introducir en el taladroun tubo metlico expandible, que contiene una cpsula226de un producto qumico y CO2 (dixido de carbono)depositado en una cmara adyacente a la cpsula. Alser iniciado el producto qumico, ste proyecta al CO2a gran presin y velocidad hacindole actuar contra lasparedes del taladro, agrietando la roca. Otros sistemassimilares contienen una mezcla de polvo de carbn yoxgeno lquido (introducido a ltimo minuto) que al serinflamada por una chispa elctrica entra en deflagracin,actuando contra la roca. Son de uso muy limitado.1. Agua a presinEste mtodo consiste en perforar un taladro y proyectarluego dentro de l un volumen de unos dos litros deagua a muy alta presin (40 MPa) mediante un cande agua (como el Crac 200 de Atlas Copco). El golpedel agua al fondo del taladro a alta velocidad creauna onda de choque, la que al desplazarse hacia atrsproduce una alta presin radial a lo largo del taladrodurante unos pocos segundos, suficientemente capazde agrietar y fracturar al pedrn. Tambin de uso muyeventual.2. Cemento expansivoConsiste en llenar el taladro con un cemento hidrfilo,mezcla de cal y silicatos (ejemplo: calmite) que alhidratarse aumenta de volumen generando presionesexpansivas de un orden de unos 30 MPa, capaces deromper la roca. Normalmente se aade un 25% deagua al cemento al introducirlo al taladro (o a unagrieta) para hacerlo reaccionar. Segn su tipo demoraen actuar entre 30 minutos y 15 horas, requirindosecomo ejemplo unos 3 kg/m3 para rocas tenaces.Son sustancias alcalinas con un pH muy alto, por loque deben manipularse con precaucin. Son muyprcticos y no generan proyecciones, pero son costososy de accin muy lenta.3. Bola dinmicaMtodo clsico que se basa en fragmentar la piedra porimpacto, al soltarle una bola o bloque de acero de unas2 a 6 toneladas de peso, suspendindola sobre la piedramediante una gra. Este sistema se aplica especialmenteen demolicin y en algunos tajos abiertos.VOLADURA SECUNDARIA (BOULDER BLASTING)El diaclasamiento y otras fisuras naturales de las rocas,o ciertas deficiencias en el disparo primario dan lugara fragmentacin irregular con produccin de algunospedrones sobredimensionados (bolos, bolones, bancos,boulders), y a irregularidades en el nuevo frente quedeben ser corregidas o reducidas, lo que normalmentese hace mediante otra voladura limitada, denominadasecundaria. Tambin se aplica a la reduccin depedrones naturales producidos por la erosin, sueltoso enterrados.La voladura secundaria normalmente es peligrosa yaumenta los costos generales de produccin, por lo quepara prevenirla o limitarla se debe planificarcuidadosamente la voladura primaria, observando endetalle el grado de fisuramiento de la roca, la orientacinde los sistemas de diaclasas y otros aspectos geolgico-estructurales que influyen en la rotura, adems desupervisar acuciosamente la perforacin, distribucin dela carga explosiva y secuencia de encendidos.Entre sus inconvenientes podemos considerar al retrasoen el trabajo de produccin, el consumo adicional deexplosivo proporcionalmente con mayor factor de cargaque en la voladura primaria, la proyeccin de fragmentoso esquirlas a gran distancia y con rumbos impredecibles,vibracin del terreno, fuerte concusin y ruido producidospor la accin de la onda de presin en el aire.A. Voladura secundaria con perforacin(Block Holing)a. CachorrosTambin denominados taqueos o pop shots. Son taladroscortos de pequeo dimetro, usualmente de 22 mm a51 mm (7/8 a 2 de dimetro) que se perforan haciael centro de gravedad de los pedrones a romper hastauna profundidad entre 1/2 a 2/3 de su espesor, que sedisparan con cargas pequeas de explosivo.Esta carga depender del tamao y dureza del pedrn,de su tenacidad, o de si tiene planos de particindefinidos, siendo importante la experiencia previa paradeterminarla cuando no se conoce bien sucomportamiento mecnico, o cuando la operacin vaa ser rutinaria.En Norteamrica suele estimarse una carga inicial de2 oz/yd3 (56 g por 0,765 m3) para los disparos deprueba (test shots) la que se va ajustandoposteriormente. Una regla prctica es la de considerarfactores entre 0,06 a 0,12 kg/m3. As por ejemplo, unpedrn de 1 m3 podr ser roto con un taladro de 30cm (1') cargado con 60 80 g de dinamita.La profundidad de los taladros se determina con larelacin 1,1 por la mitad de espesor del pedrn (1,1 x0,5 e). En el caso de pedrones enterrados donde no sepuede estimar el espesor, se recomienda perforar hastatraspasarlos, medir la longitud del taladro y luegorellenarlo hasta la mitad con detritos para centrar la cargaexplosiva reforzada; de otro modo ser difcil romperlosadecuadamente por estar confinados en el suelo.Los pedrones de hasta 1 m3 por lo general requierenun solo taladro al centro; si son ms grandes eirregulares necesitarn ms taladros, considerndoseusualmente uno por cada 0,7 a 1,1 m2 (8 pie2 a 12pie2) de rea horizontal, estimada en su parte de mayordimetro. Estos cachorros se ubicarn de modo tal quepuedan reforzar al taladro central. Despus decargados y cebados se les debe sellar con un taco dearcilla o detritus y dispararlos simultneamente.Hay cierta diferencia entre los pedrones procedentes deuna voladura y otros naturales, puesto que los primeroshan sufrido un cierto debilitamiento (en razn de lasmuy elevadas tensiones sufridas), que en cierta formafacilita su posterior destrozo; esto podemos deducirlodel siguiente cuadro, que puede tomarse como gua.CAPTULO 10227Cachorros amortiguados (air cushion pop blasting)Tcnica de cachorreo que puede proporcionar algncontrol sobre el nmero de fragmentos y la direccinen que se puedan proyectar.Se perfora un taladro hasta 2/3 o 3/4 del espesor delpedrn, se le introduce una carga explosiva de 50 a60 g/m3 y se taponea con arcilla.Deber centrarse la carga de modo tal que quedeamortiguada por aire. Como taco se emplea arcillasen lugar de arena o detritos por dos razones:- La arcilla por ser adhesiva se fija en la boca deltaladro asegurando la permanencia del colchnde aire, mientras que los detritos se deslizaransobre la carga, y- Porque la arcilla proporcionar un ligero retrasoentre el tiempo en que el taladro es presurizadopor la explosin y el instante en que la arcilla eseyectada, regulando as en algo el efectofragmentador, mientras que los detritos seransoplados al primer instante.Para un pedrn de alrededor de 1 m3 el mnimo tacodebera ser de aproximadamente 30 cm (12), ya quesi es menor la carga podr soplarse limitando su efectorompedor. Segn la experiencia que se logre obtenercon diferentes materiales, se podr regular el gradode fragmentacin, teniendo en cuenta que: a menorlongitud de taco aumenta el colchn de aire en eltaladro, rompindose la piedra en pocas piezasgrandes, y por lo contrario si se incrementa su longitud,crece el confinamiento de la carga explosiva,rompindose en muchos fragmentos pequeos. Paradisparos en lugares de alto riesgo de accidente ydeterioro como en calles de una poblacin, se les debecubrir con una gruesa y pesada malla de voladura(blasting mat) que puede ser hecha con llantas usadas.Las Dinamitas Semexsa y Exadit son comnmente utilizadas con buen resultado. En ciertos casos en roca friable sepuede aplicar Examon con cebo de Semexsa. EXSA ha desarrollado el Plastex-E, emulsin moldeable y adherente,de muy alto poder rompedor, especficamente para plastas.PEDRONES DE VOLADURA: Carga especfica promedio 0,06 a 0,12 kg/m3 Tamao: (rea m2) Espesor No de taladro Profundidad Carga explosiva0,5 m2 0,8 m 1 40 cm 30 g1,0 m2 1,0 m 1 50 cm 60 g2,0 m2 1,0 m 2 60 cm 70 g3,0 m2 1,5 m 2 80 cm 90 gPEDRONES NATURALES SUELTOS: Carga especfica promedio 1 kg /m3 Tamao: (rea m2) Espesor No de taladros Profundidad Carga explosiva0,5 m2 0,8 m 1 40 cm 50 g1,0 m2 1,0 m 1 50 cm 100 g2,0 m2 1,0 m 2 60 cm 100 g3,0 m2 1,5 m 2 80 cm` 150 gPEDRONES NATURALES ENTERRADOS Volumen (m3) Espesor Profundidad Carga explosiva1,0 m3 1 m Parte enterrada = 0,5 m x 0,6 m 150 g1,0 m3 1 m Parte enterrada = 1,0 m x 0,6 m 200 gCAPTULO 10228Nota de seguridadPara volver a disparar un cachorro fallado se debequitar el taco inerte con cuidado y volver a cebar lacarga; si no es seguro y fcil quitar el taco, se le colocaencima una plasta y se dispara, despus de un tiempoprudencial se volver para buscar restos de explosivoque puedan haber quedado.Tanto en cachorros como plastas se debe tener extremocuidado con la proyeccin de fragmentos (fly rocks),ya que su tamao, velocidad, direccin de vuelo ydistancia a recorrer son imprevisibles.Para estimar aproximadamente una distancia deproyeccin que permita en forma tentativa despejar elrea de riesgo alrededor del punto de disparo, se puedeaplicar la siguiente relacin presentada como una guaprctica por el USMTM, del Bur de Minasnorteamericano.- Distancia mnima de vuelo:120 x 3 QY para cantidades mayores a 500 lb (220 kg) ser:- Distancia mnima de vuelo:300 x 3 QDonde Q es la cantidad de explosivo a utilizar.A continuacin se muestra una tabla resultantesimplificada, en pie/lb de explosivo o equivalentes enm/kg (valores intermedios a interpolar):CAPTULO 10229CUADRO DE VALORES DE CARGA APROXIMADOS PARA PLASTAS Dimetro de la piedra Carga explosivaDe 300 a 460 mm (12" a 18") = 115 g (4 oz)De 460 a 600 mm (18" a 24") = 170 g (6 oz)De 600 a 760 mm (24" a 30") = 230 g (8 oz)De 760 a 900 mm (30" a 36") = 280 a 340 g (10 a 12 oz)De 900 a 1.070 mm (35" a 42") = 340 a 455 g (12 a 16 oz)ExplosivoDistancia (Libras) (Pies) (Libras) (Pies)1 a 28 910 80 1.29030 930 85 1.31035 977 90 1.34540 1.020 100 1.40045 1.057 125 1.50050 1.104 150 1.60055 1.141 200 1.75060 1.170 300 2.00065 1.200 400 2.20070 1.225 500 2.400B. Voladura secundaria sin perforacinEsta voladura comprende a las plastas, cargas deconcusin o taqueos (mud capping, concussion charges,plaster blasting)Son un medio fcil para romper grandes piedras dondela perforacin no es factible o es costosa. Consisten encargas explosivas cebadas que se colocan directamenteen contacto con la superficie de la piedra, cubiertascon una gruesa capa de arcilla o barro presionada amano, para confinarlas, que se disparan con cualquierade los sistemas de iniciacin conocidos.Segn sea necesario pueden comprender a uno o mscartuchos completos, o preferentemente a su masa peladay moldeada a mano para adaptarla a una mayor superficiede la piedra. Con los cartuchos el efecto de impacto sobrela piedra es lineal, reducido, mientras que el de la mismacarga moldeada es real, mucho mayor y efectivo.La capa de arcilla debe ser bastante gruesa paraprocurar el mejor confinamiento, ya que slo seaprovecha una mnima proporcin de la energa de laexplosin, 10 a 20%, el resto se disipa en el airecausando una gran concusin (golpe de presin en elaire) traducida en fuerte ruido. A falta de arcilla puedeutilizarse relave, tierra o arena hmeda, pero no gravillao pedruscos ya que sern proyectados como esquirlas.Un espesor promedio adecuado es de 10 cm (4), perodebe ser mayor si el disparo se efecta cerca ainstalaciones o equipos.El mejor resultado se obtiene con arcilla plstica ligosa,y el peor sin cobertura ya que en este caso el pedrnslo se descascar superficialmente.Las cargas explosivas empleadas en plastas sonaproximadamente cuatro veces mayores que lasnecesarias para el disparo de cachorros, con factoresentre 1,5 a 2,0 kg/m3. Como la energa til que sepuede aplicar a la accin de rompimiento es mnimase debe compensar este inconveniente empleandoexplosivos rpidos y de alto brisance, como lasgelatinas, y preferentemente Plastex-E.En la prctica se emplea hasta ANFO, naturalmentecon muy bajo rendimiento y alto consumo del mismopor su baja velocidad y mnimo brisance; debilitadoan ms, por falta de conocimiento de la mecnica detrabajo de estas cargas adosadas, (se practican plastascon o sin mnima cobertura, ejemplo de tierra suelta oarena seca, lo que es un verdadero desperdicio).Las plastas y cachorros individuales, o de poco nmerode unidades se pueden disparar con mecha y fulminante,pero cuando se trata de un nmero considerable. Estemtodo simple puede resultar riesgoso, adems de lento,con la posibilidad de que pueda ocurrir una salidaprematura mientras an stas se estn encendiendo. Lasolucin puede darse por tres alternativas:a. Encendido de las mechas en conjunto mediantemecha rpida y conectores, lo que permite salidarotacional y simultnea de las cargas con un solopunto de inicio.b. Encendido con detonadores elctricos o de shock,pudiendo ser instantneo con las cargas, osecuencial si se emplea detonadores con retardo.En este caso se debe considerar el riesgo de laelectricidad esttica ambiental.CAPTULO 10230CAPTULO 10231Para el disparo de plastas con cordn detonante serecomienda:1. Colocar el cordn por encima de la carga explosivaen contacto con ella, o pasarlo por su interior. Nocolocarlo por debajo de la plasta como es comnhacerlo ya que al detonar directamente sobre lasuperficie de la roca, en lugar de iniciarla laarrojar fuera, o la iniciar con energa muydisminuida.2. Cuando hay varias lneas derivadas para plastasdispersas es recomendable unirlas con algunospuentes entre ellas, para evitar cortes de latransmisin.En todo proceso de detonacin slo un cebadoadecuado y potente puede asegurar un alto rgimende detonacin y mximo rendimiento del explosivo,esto es importante para el caso del plasteo ya que lamasa de explosivo involucrada es relativamentepequea, y en ella la distancia recorrida por la ondade choque desde su punto de origen hasta que lograsu mxima amplitud es muy corta, lo que haceimprescindible lograr un rgimen mximo desde supunto de inicio.Una plasta de por si sola transfiere a la roca entre 10y 30% de su energa nominal, si tenemos en cuenta ala merma por el factor de tiempo-distancia querequiere recorrer la onda de choque a bajo rgimenantes de llegar a su nivel de equilibrio a alto rgimen,e iniciarla, esta cifra debe ser an menor.Segn esto, un iniciador de bajo poder podra hacerperder a la plasta quiz hasta un 50% de su 10% deenerga til de trabajo.Por esta razn se recomienda utilizar iniciadoressuficientemente potentes para compensar esta deficienciainicial, que si bien en un taladro confinado es insignificante,en una plasta s es significativo, como se quiere mostrar enel grfico de fases progresivas de detonacin.CAPTULO 10232La mejor iniciacin la proporciona directamente undetonador o fulminante por su carga puntual yconcentrada, seguida por la que proporciona un cordndetonante que tiene carga linear axialmente dispersa.En su nivel son ms eficientes los de alto gramaje (5 y10P) en nudos gogo, y ms pobres los de bajo gramaje(3P) simplemente tendidos sobre la plasta, dependiendoesto naturalmente del tipo de explosivo rompedor a usar.El Plastex-E es recomendable iniciarlo con un nudo,cuyo tamao depender del propio tamao de laplasta.Por esta razn en los disparos de varias plastas concordn se preferir emplear tramos de alto gramajeiniciadores, empatados con el de bajo gramaje comolneas troncales.El cordn iniciador no debe colocarse directamentesobre la roca, sino en la masa de la plasta para noperder energa.Mecnica de trabajoUn cachorro trabaja por efecto expansivo radial, conruptura por tensin sbita interna de la roca quepresenta cara libre integral, la prdida de energa enel aire es de aproximadamente 10% y el 90% restantetrabaja efectivamente.La plasta por su parte trabaja por efecto compresivopuntual, con deformacin plstica inicial hasta quelas tensiones internas producen la ruptura porcomprensin - tensin. La prdida de energa en elaire es de un 80% mientras que slo un 20% trabajaefectivamente.Cuando una plasta es disparada, la onda de choqueviaja a travs del pedrn y es reflejada al chocar contralas caras libres del mismo. Las ondas de colisinreflectadas en el interior del pedrn incrementan lasfuerzas internas de tensin hasta el punto de romperlo,si la carga explosiva ha sido adecuada.CAPTULO 10233Los cachorros se aplican por lo general a lospedrones de gran tamao o de material muy tenaz,donde las plastas no haran gran efecto, y las plastasa los pedrones ms pequeos en los que resultams costoso y lento el cachorreo. Toda mina tendraas un determinado porcentaje de voladurasecundaria por cachorreo, quedando el resto paraplasteo. Establecindose los lmites dimensionalespor experiencia. ambos mtodos presentan ventajasy desventajas para cuando se trata de aplicarloscomo mecnica de rut ina, entre las quemencionamos:Las plastas requieren de explosivo denso y de altobrisance para su efecto de impacto y para compensarla prdida de energa al aire. Se recomienda lasgelatinas en general y semigelatinas, (sta en rocadcil), los cachorros por el natural confinamiento sonmenos exigentes.Conejeras, madrigueras o huecos de culebra(snake holes)Un pedrn enterrado es muy difcil de romper porencima con una plasta o an con un cachorro, debidoa que las ondas de colisin resultantes no puedenreflejarse contra las caras libres y se disipan en latierra.En este caso es ms conveniente colocar la carga pordebajo y en contacto con la piedra mediante un huecoexcavado en el terreno circundante, que se denominahueco de culebra, conejera, etc. la carga explosivaromper el pedrn, o en el peor de los casos lolevantar.El factor de carga por el natural confinamiento varausualmente entre 0,8 a 1,5 kg/m.Para romper pedrones grandes semienterrados sepuede aplicar simultneamente una carga en huecode culebra, por debajo, y una plasta o cachorro porencima. Este mtodo tambin se aplica para desenterrartocones de rboles.Ventajas de los cachorros- Menor consumo especfico de explosivo.- Fragmentacin menuda por el efecto rompedorradial.- Menor ruido.Ventajas de las plastas- Menor tiempo de preparacin, mtodo rpido.- Menor costo operativo por no requerirperforacin.- Menor dispersin de fragmentos.Desventajas de los cachorros- Mayor tiempo de preparacin, mtodo lento.- Mayor costo de perforacin, consumo debarrenos, aire comprimido, brocas, aceite,tareas y desgaste de mquinas.- Mayor proyeccin de fragmentos a distancia.Desventajas de las plastas- Mayor consumo especfico de explosivo.- Fragmentacin relativamente ms gruesa.- Mayor ruido.CAPTULO 10234DesatorosAl acumularse piedras o bloques de mineral en lascompuertas o ductos de los echaderos, tolvas oshirinkages de las minas, suelen producirse atoros queinterrumpen el flujo de descarga y pueden paralizar eltrabajo de produccin, por lo que deben desatorarsecon rapidez. Este trabajo presenta alto riesgo para elpersonal que debe hacerlo, por lo que se hadesarrollado la tcnica de los torpedos o lanzas, (bombshots) que consisten en uno o ms cartuchos dedinamita convencional, cebados y amarrados alextremo de una caa o vara larga de madera, con lacual se introducen entre las piedras atoradas y sedisparan, para aflojarlas y reanudar el flujo dedescarga.Estas plastas de contacto no tienen cobertura de arcilla,tanto por el riesgo de exponer al personal a un eventualdeslizamiento del material atacado, como porque elconfinamiento con barro incrementa la violencia de laexplosin, lo que por concusin afectar en mayorgrado a las instalaciones del chute. Se pueden dispararcon fulminante y mecha o con cordn detonante.Cuando existe posibilidad de que por friccin o golpepor las piedras atrapadas pueda ocurrir una explosinprematura, se preferir el empleo del cordn teniendoen consideracin que el tramo a utilizar est cortado yseparado del tambor, ya que si la plasta estallaseestando an el cordn bobinado volar con el tambory todo.Tanto si se utiliza el cordn o mecha, el tramo a empleardebe ser lo bastante largo para proteger al personal.En ambos casos la plasta debe cebarse antes decolocarla en su lugar.Recientemente se estn desarrollando cargasconformadas orientables que al explosionar lanzan undardo metlico o disco balstico contra las piedrasatoradas, desde un punto lejano, con suficiente energapara fragmentarlas y lograr el desatoro, estas an sonde alto costo, tanto por el molde como por su carga dealto explosivo (TNT). Estas cargas no deterioran lasinstalaciones, pues los discos no explosionan ni causanvibracin, pero son an mucho ms costosas que lasplastas convencionales. Trabajan bajo el principio de:distancia x peso x velocidad = fuerza de impactoEjemplos comercialesSica Power Cone (Finlandia): disco de impacto demetal de 3,2 kg hasta 25,5 kg de peso, con alcancede 200 m.Slug Shot (Sudfrica): disco balstico de cobre de 2 kgde peso, impulsado por una carga cnica de pentolitade 7 kg, alcanza una velocidad de impacto de 2 000m/s que puede astillar y quebrar la roca de hasta 1 mde espesor.Es difcil generalizar factores de carga para los torpedospor tener que aplicarse en diversas condiciones, perocomo usualmente se aplican en instalaciones delicadases recomendable comenzar con cargas muy pequeashasta encontrar por tanteo un factor patrn paraposteriores desatoros.CAPTULO 10235Cargas conformadas o dirigidas (shapedcharges)))))Son cargas explosivas moldeadas que a semejanza delas plastas se colocan sobre la superficie a romper,normalmente sin cobertura de arcilla. Su aplicacin essencilla pues basta colocarlas sobre el pedrn, a rompero sobre un bloque de concreto y dispararlas con undetonador comn elctrico, o tambin con cordndetonante. No requieren perforacin y casi no producenproyecciones por lo que constituyen un interesantemedio de fragmentacin secundaria, pero que sinembargo por diferentes razones, principalmente suelevado costo no ha encontrado aplicacingeneralizada en minera. Una cobertura de arcillaincrementa su rendimiento pero pierde practicidad.Consisten en moldes cilndricos o troncocnicos deexplosivo de alta densidad y velocidad (TNT o similares),ahuecados en su base con una cavidad acumuladora,que puede ser de forma cnica, bicnica, osemiesfrica, simple o doble. Su masa vara entre 200g y 2 kg segn las caractersticas del pedrn a romper,teniendo las ms comunes entre 350 y 500 g.La configuracin geomtrica de la cavidad permite laformacin de un cachorro de energa dirigido haciaun punto de concentracin por debajo de la base delmolde, donde su efecto acumulado producir roturade la piedra, cuando la masa del explosivo es detonadapor un iniciador ubicado sobre el pice del huecocnico. Esta accin de chorro perforante o de cargasexplosivas acumuladas se denomina efecto Monroe,en el que se basan tambin las cargas de corte ydemolicin militares, los bazoocas antiataque, laslanzas perforantes para el sangrado de hornos defundicin y otros artificios.La geometra de la cavidad es fundamental para laformacin y orientacin del chorro, de modo que estepueda ser puntual para efecto de penetracin o deimpacto para plasteo, y linear para efecto de corte. Elngulo de cono vara segn las caractersticas de lacarga, el trabajo que deber efectuar, la altura deincidencia sobre la superficie a romper y otros aspectosque deben considerarse en su diseo, pero por logeneral est entre 30 y 45.El factor de carga para plasteo vara entre 0,2 y 0,4kg/m3. Como regla usual se tiene:peso de la carga explosiva = (peso de roca)/2donde:El peso de la carga explosiva en gramos y el peso dela roca a romper en kilogramos.CAPTULO 10236CAPTULO 10237CAPTULO 10238EjemplosPilares, bases de puentes, bases demaquinaria, de molinos, etc.Taladros verticales dispersos (1) oconcentrados (2) dependiendo de lospropsitos de la demolicin:fragmentacin menudao en lajasgruesas.Muros de concreto en edificios de todotipo.Los taladros en lo posible debern serverticales (3) o con un ngulo de 60en los lugares donde la perforacinvertical no es posible (4).Las cargas explosivas deben serpreferentemente reducidas paraamortiguar la onda y limitar laproyeccin de esquirlas.Muros de contencin diversos, presas,etc. (5)La adopcin de perforacinhorizontal combinada conperforacin vertical es preferible parademoler estructuras cuya parteinferior es gruesa. Los taladroshorizontales pueden tener un ngulode 45 a 60 respecto a la posicinhorizontal, en caso necesario. (6)DEMOLICIN DE ESTRUCTURAS MENORES DE CONCRETO- Demolicin de bases y apoyos para puentes.- Remocin parcial de varios tipos de estructuras de concreto.- Demolicin de bases de maquinarias y cimientos de edificios.- Demolicin de represas.- Demolicin de rompeolas, muelles, pilones u otros.En todos los casos las cargas explosivas sern calculadas de acuerdo a la tenacidad del concreto, estructurainterior con fierros y otras condiciones del bloque.Segn la finalidad del trabajo, limitaciones en cuanto al nivel de vibraciones y proyeccin de fragmentos porproximidad a viviendas o instalaciones delicadas y por las facilidades para limpieza y retiro de los escombros, eldisparo de los taladros ser instantneo o secuencial.CAPTULO 10239CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 11O 11O 11O 11O 11240241TEORA DEL MTODOUna carga explosiva convencional acoplada, que llenacompletamente un taladro, al detonar crea una zonaadyacente en la que la resistencia dinmica acompresin de la roca es ampliamente superada,triturndola y pulverizndola. Fuera de esa zona detransicin, los esfuerzos de traccin asociados a la ondade compresin generan grietas radiales alrededor detodo el taladro, lo que se denomina fisuramiento radial.Cuando son dos las cargas que se disparansimultneamente, esas grietas radiales tienden apropagarse por igual en todas direcciones, hasta quepor colisin de las dos ondas de choque en el puntomedio entre taladros, se producen esfuerzos de traccincomplementarios perpendiculares al plano axial.Las tracciones generadas en ese plano superan laresistencia dinmica a traccin de la roca, creando unnuevo agrietamiento y favoreciendo la propagacinde las grietas radiales en la direccin de corteproyectado, logrndose esto en especial cuando dostaladros son cercanos. Posteriormente estas grietas seamplan y extienden bajo la accin de cua de losgases de explosin que se infiltran en ellas. Lapropagacin preferencial en el plano axial junto conel efecto de apertura por la presin de gases permitenobtener un plano de fractura definido. Segn esto, elmecanismo de trabajo de una voladura de contornocomprende a dos efectos diferentes: uno derivado dela accin de la onda de choque y otro derivado de laaccin de los gases en expansin.La presin de gases es clave en la voladura controlada,por lo que se debe tratar de mantenerla hasta quecomplete la unin de las grietas que parten de lostaladros adyacentes. Esto se conseguir adecuando lalongitud de retacado para evitar el escape prematurode los gases a la atmsfera.CAPITULO 11VOLADURA CONTROLADA Y VOLADURA AMORTIGUADAE l objetivo de la voladura controlada es evitar elrompimiento de la roca fuera de lmites previamenteestablecidos, es decir evitar la sobrerotura (overbreak).Es un mtodo especial que permite obtener superficiesde corte lisas y bien definidas, al mismo tiempo queevita el agrietamiento excesivo de la roca remanente,con lo que contribuye a mejorar su estabilidad, aspectomuy importante en trabajos subterrneos de ordenpermanente, para prevencin de desplome de techosy otros riesgos, y en superficie para la estabilidad detaludes en cortes de laderas.Consiste en el empleo de cargas explosivas linearesde baja energa colocadas en taladros muy cercanosentre s, que se disparan en forma simultnea paracrear y controlar la formacin de una grieta o planode rotura continuo, que lmite la superficie final de uncorte o excavacin.En trminos generales, si el disparo para este corte esanterior a la voladura principal, se le denominaprecorte o presplitting, y si es posterior se le conocecomo Recorte, voladura de contorno o voladura suave(smooth blasting); en el caso de tneles tambin sueledenominarse voladura perifrica.Se emplea a menudo para el acabado superficial detneles de obras hidrulicas o viales, para reducir elconsumo de concreto cuando stos tienen que sercementados, y en cmaras subterrneas para mejorarel autosostenimiento de techos y paredes. Tambin seaplica para excavaciones precisas para cimentacinde maquinaria, para piques y chimeneas, para lmitefinal de bancos en minera a tajo abierto y para extraergrandes y bien formados bloques de piedra ornamentalen canteras de mrmol, caliza marmrea y granito,entre otros.242CAPTULO 11243DIFERENCIAS ENTRE LA VOLADURA CONVENCIONAL Y LA VOLADURA CONTROLADAEn la prctica el mtodo de voladura controlada requiere de ciertas condiciones que la diferencian delmtodo convencional, como se muestra a continuacin:Voladura convencionalLos taladros de voladura normal destrozan laroca por interaccin entre s, con predominiode fracturamiento radial; para lograr este efectoes necesario mantener ciertas condiciones,como:1. Relacin de espaciamiento a burden: E = 1,3a 1,5 B.2. Relacin de acoplamiento (dimetro de taladroa dimetro de cartucho): mxima de 1,2 a 1,buscando un adecuado confinamiento yatacado del explosivo.3. Distribucin de la carga explosiva, ocupandoen promedio los 2/3 de la longitud del taladro(66 %) procurando la mayor concentracin decarga al fondo del mismo.4. Uso de taco inerte para retener la explosin enel taladro el mayor tiempo posible, y paramejorar el grado de confinamiento.5. Empleo de explosivo con el mayor brisancey empuje dentro de la relacin energa/costo, para las caractersticas de la roca.6. Disparo de todos los taladros de la voladurasiguiendo un orden de salida, espaciados entiempo de acuerdo a un esquema desecuencias (arranques, ayudas, cuadradores,alzas, etc.).Voladura controladaA diferencia de los taladros de voladura normal,los de voladura controlada deben espaciarse detal modo, que las fracturas creadas se dirijan a lospuntos de menor resistencia, es decir de taladro ataladro, alinendose para formar un plano de corte,con lo que se disminuye o elimina la formacin defracturas radiales. Entre sus condicionesfundamentales tenemos:1. Relacin de espaciamiento a burden inversa ala normal; es decir menor espaciamiento queburden, usualmente: E = 0,5 a 0,8 B.2. Explosivo de mucho menor dimetro que el deltaladro para que la relacin dedesacoplamiento sea mayor que laconvencional de 2,1 a 1.3. Carga explosiva linear distribuida a todo lolargo del taladro preferentemente con cartuchosacoplables como los de Exsacorte, o en ciertoscasos carga amortiguada con espaciadores.4. Taco inerte solamente para mantener elexplosivo dentro del taladro, no paraconfinarlo.5. Empleo de explosivo de baja potencia yvelocidad, brisance, como el Exacorte yExsasplit.6. Disparo simultneo de todos los taladros de lalnea de corte, sin retardos entre s, y slodespus de la voladura principal. (Esconveniente un intervalo mnimo de 60 a 100ms entre el ltimo taladro de la voladuraprincipal y los taladros de la lnea de corteperifrica).7. Mantener el alineamiento y paralelismo de lostaladros, de acuerdo al diseo del corte arealizar, de lo contrario no hay buen resultado.CAPTULO 11244Ventajas de la voladura controladaa. Produce superficies de roca lisas y estables.b. Contribuye a reducir la vibracin de la voladuraprincipal y la sobreexcavacin, con lo que se reducetambin la proyeccin de fragmentos y los efectosde agrietamiento en construcciones e instalacionescercanas a la voladura. Tambin facilita eltransporte de los detritus de voladura, por su menortamao.c. Produce menor agrietamiento en la rocaremanente. Es importante tener en cuenta que lavoladura convencional, segn la carga y el tipode roca puede afectar a las cajas techos aprofundidades de hasta 1,50 y 2,00 m debilitandola estructura en general, mientras que la voladuracontrolada slo la afecta entre 0,20 y 0,50 m,contribuyendo a mejorar el autosostenimiento delas excavaciones.d. En minera puede ser una alternativa para laexplotacin de estructura dbiles e inestables.Desventajas de la voladura controladaa. Mayor costo que la voladura convencional porrequerir ms perforacin y empleo de explosivosespeciales o acondicionados a propsito.b. Mayor demora en la obra, por el incremento deltrabajo de perforacin.c. En algunos tipos de terreno no llega a dar losresultados esperados, como por ejemplo enmaterial detrtico incompetente o deleznable.Mejores resultados por lo general se obtienen enrocas homogneas y competentes.Son varias las tcnicas para voladura controladadesarrolladas en los ltimos aos, muchas vecesespecficamente para un problema particular, pero lasms aplicadas son: Voladuras de precorte Voladura de recorte Voladuras amortiguadas,Estas tcnicas se efectan tanto para trabajossubterrneos como en superficie.VOLADURA DE PRECORTEConsiste en crear en el cuerpo de roca unadiscontinuidad o plano de fractura (grieta continua)antes de disparar la voladura principal o de produccin,mediante una fila de taladros generalmente depequeo dimetro, muy cercanos, con cargasexplosivas desacopladas y disparos instantnea.El disparo de los taladros de precorte tambin puedehacerse simultneamente con los de produccin, peroadelantndonos una fraccin de tiempo de 90 a 120ms, el disparo es pues en dos etapas.Normalmente es necesario efectuar algunos disparosde prueba para conocer el comportamiento de la rocay ajustar parmetros, pero como gua puede aplicarsealgunas ecuaciones propuestas para el caso, como lasde C. Konya, as:El factor de carga por pie de taladro que no causedao a la roca, pero que produzca suficiente presincomo para crear la accin de corte se puede estimarpor:q = 2 / 28donde:q : carga de explosivo por pie de taladro (lb/pie). : dimetro de los taladros vacos, en pulgadas.Si se aplica este factor de carga, el espaciamiento entrelos taladros de precorte ser determinado por laecuacin:E = 10 x donde:E : espaciamiento, en pulgadas. : dimetro de los taladros vacos, en pulgadas.La constante 10 se aplica para asegurar que la distanciano sea excesiva y que el corte ocurra, pero segnexperiencia puede llevarse a 12 14.Estos valores por norma deben darse en el equivalentemtrico. En la mayora de aplicaciones de precorte nose estila sobreperforacin. En algunos casos se aplicauna carga concentrada de 2 a 3 veces al fondo deltaladro, en otros toda la columna es desacoplada, esdecir de baja energa y de menor dimetro que el deltaladro.Existen diferentes criterios respecto a la necesidadesde taquear o no los taladros, y sobre la longitud deltaco teniendo en cuenta la necesidad de mantenerretenidos los gases de explosin en los taladros.Usualmente las rocas competentes no requieren tacomientras que s son necesarios en las rocas fisuradas eincompetentes.El precorte se aplica preferentemente en bancos desuperficie para delimitar sectores, para cortar bloques;para evitar una excesiva sobrerotura hacia atrs (backbreak) y para formar los taludes finales del pit.VOLADURA DE RECORTEConsiste en la voladura de una fila de taladroscercanos, con cargas desacopladas, pero despus dela voladura principal o de produccin.El factor de carga se determina de igual forma quepara los taladros de precorte, pero como esta tcnicaimplica el arranque de roca hacia un frente libre, elespaciamiento normalmente es mayor que en elprecorte, pudiendo ser determinado por la ecuacin:E =16 x donde:CAPTULO 11245E : espaciamiento. : dimetro del taladro vaco.El disparo es tambin en dos etapas, primero lostaladros de produccin y despus, con una diferenciade unos 100 ms, los de recorte.Las condiciones de confinamiento de ambas sondiferentes, en el precorte mientras no sale la voladuraprincipal en burden es infinito, en tanto que en el recorteel burden tiene una distancia definida y razonable,despus de haber salido la voladura principal, de modoque puede ser estimado en el diseo de la voladura.El burden debe ser mayor que el espaciado paraasegurar que las facturas se encadenenapropiadamente entre los taladros antes que el bloquede burden se desplace, pudiendo estimar con laecuacin:B = 1,3 x Edonde:B : burden o lnea de menor resistencia.E : espaciado entre taladros.Cuando los taladros de recorte tienen el mismodimetro que los de produccin la tcnica se conocecomo Trim Blasting.VOLADURA AMORTIGUADAEs prcticamente una voladura convencional pero en laque se ha modificado el diseo de la ltima fila, tanto ensu esquema geomtrico que es ms reducido, como enlas cargas de explosivo que deben ser menores ydesacopladas. El disparo es normalmente en una solaetapa.La voladura amortiguada tambin denominada suaveo cushion blasting, recientemente ha incrementado susposibilidades con el desarrollo de nuevas tcnicas comola de ADP (Air Deck Presplitting) y la de cargasespeciales de baja densidad tipo Examon R-20 o ANFOcombinado con prills de polietileno, aunque en estecaso se presentan problemas de segregacin en elcarguo neumtico por diferencias de densidad.Tambin se considera dentro de esta tcnica a laperforacin en lnea (line drilling) o control de fracturalmite, en la que una fila de taladros de pequeodimetro, estrechamente espaciados y sin cargaexplosiva crean un plano de debilidad que producirel corte como efecto de la voladura principal. El planoactuar como una cortina que limita el paso de lasondas explosivas hacia atrs.Existen numerosos arreglos de taladro para obtenercargas reducidas o desacopladas, para taladros ensuperficie y en subterrneo, como los siguientes:CAPTULO 11246CAPTULO 11247VOLADURA AMORTIGUADA CON CARGAS DEBAJA DENSIDADEn voladuras de contorno de gran dimetro ensuperficie, el desacoplamiento del ANFO se consiguecolocndolo en mangas o tubos de plstico, de menordimetro que el taladro, o distribuyndolo en cargasespaciadas mediante separadores especiales demadera u otro material, lo que resulta costoso, por loque prefiere bajar la densidad del explosivo, mediantetres procedimientos:1. Reduciendo el contenido de petrleo a menos del6% (si un ANFO 94/6 desarrolla 3 780 J/g, unocon (98,5)/(1,5) slo desarrollar 2 293 J/g).2. Diluyndolo con cloruro de sodio, hasta un mximodel 20%. La sal reduce la energa y acta comorefrigerante, con lo que disminuye la velocidad dedetonacin y el calor de explosin.3. Mezclando el ANFO con bolitas de poliestirenoexpandido de 0,5 a 3 mm (tecnoport), tcnica queest ganando difusin con la denominacin deANFOPS. Con su densidad de 0,03 kg/dm3, comodiluyente en una proporcin de hasta 80% demezcla, se consigue concentraciones de energa ydensidades por metro de slo un 10% de las quecorresponden al ANFO convencional, aunqueexisten dificultades de segregacin por densidadesdentro del taladro en carguo neumtico depequeo dimetro.Exsa fabrica el Examon-R de baja densidad a pedido,para casos especiales. Tambin dinamita tipo Exaditpero de menor densidad.Ejemplo de clculo para la aplicacin de precorteSe requiere calcular el espaciado entre taladros paraun precorte, con dimetro de 64 mm y con explosivoespecial entubado, de 19 mm de dimetro, 4000 m/sde velocidad de detonacin y 1,1 g/m3 de densidad.La roca tiene una resistencia in situ a la traccin de 17,2y a la compresin de 275 MPa respectivamente (valoresobtenidos de tablas petrogrficas, o determinados porun laboratorio de mecnica de rocas).1. Presin de taladro (Pt):Pt = 228 x 10-6 x x (VOD)2 = 2 134 MPa 1 + 0,8 x donde: : densidad del explosivo.VOD : velocidad de detonacin del explosivo2. Presin de taladro efectiva:Pt = 2 134 x 190,42 = 2 134 x 0,054 64Pt = = 115,7 MpaValor menor a la resistencia a compresin de laroca por lo que sta configuracin de cargas es vlida.3. Espaciamiento (E):E = 64 x (115,7 + 17,2) = 494,5 mm = 0,5 m 17,2Luego el espaciamiento de partida ser 0,5 m.Para determinar el espaciamiento entre taladrostambin, suele aplicarse la siguiente ecuacin:E = 2 x r (Pb - Rt)Tdonde:E : espaciamiento de los taladros, en pulgadas.R : radio del taladro, en pulgadas.Pb : presin en el taladro por la carga explosiva, enpsi.Rt : resistencia a la traccin dinmica de la roca,en psi.CAPTULO 11248CAPTULO 11249CAPTULO 11250CAPTULO 11251VOLADURA ADP (Air Deck Presplitting o AirShock Blasting)PrincipioMtodo de voladura que emplea espacios de aire enlugar de las cargas explosivas desacopladas de lostaladros de precorte.Consiste en colocar al fondo de los taladros pequeascargas de explosivo (carga de fondo) y por encima deellas se deja una columna de aire (carga de columna)hasta el taco inerte de sello. Los taladros se alinean,separan y disparan en la forma establecida paravoladura controlada, con resultados comparables a losdel precorte convencional pero con menor consumode explosivo. Las ondas generadas en el taladro seexpanden en la roca creando un plano de corte.El problema ms serio es poder mantener el taco osello de detritos de perforacin en su sitio, sin que caigadentro del taladro, lo que se logra mediante un tapninflable, que es prcticamente una bolsa plsticapatentada con el nombre de Power Plug. Tambin haytapones de espuma expansible.Primero la carga explosiva 15 a 20 kg de slurry oemulsin (0,39 a 0,59 kg por m2 de rea de precorte),se coloca cebada al fondo del taladro, usualmente de6", 7 7/8" 9 7/8" de dimetro. Luego se introduce eltapn inflable por la boca del taladro hasta unaprofundidad en pies de 1,0 a 1,2 veces el dimetrodel taladro en pulgadas, inflndolo con airecomprimido (7 psi) hasta que selle el hueco, el cual secubre finalmente con detritos de perforacin, y seprocede a disparar.La carga especfica en general, vlida para taladroscon dimetros entre 1 1/2" y 12 1/4" (38 a 310 mm)es de 400 g de explosivo por cada m2 de rea delplano ubicado entre dos taladros an sin taco.En terreno poco competente se puede emplear Examono ANFO Pesado Slurrex-AP. El tipo de roca y suscondiciones son muy importantes para un buenresultado, en roca muy fisurada o suelta generalmenteno funciona.Al momento, sta se est empleando en un nmeroimportante de tajos cuprferos y minas de carbnsuperficiales en Norteamrica. Como informacintransferimos algunos parmetros de perforacin.El espaciamiento entre taladros en pies deber ser de1,5 a 2 veces el dimetro en pulgadas, la longitud deltaco en pies debera ser de 1,0 a 1,2 veces el dimetrodel taladro en pulgadas mientras que la distancia haciael ms cercano taladro de produccin en piesequivaldr al dimetro en pulgadas.Este mtodo en condiciones adecuadas de aplicacinproporciona ventajas como:- Mejor estabilidad de los taludes finales a menorcosto. Los taladros del precorte se perforan con lasmismas mquinas perforadoras con que se perforanlos taladros de produccin.- Se sustituye el uso de voladura de precorteconvencional en decks redundando en menorescostos de explosivos con menores tiempos de carguo.Se hace factible reducir los costos de perforacindebido al incremento en el espaciamiento entre lostaladros de la fila del precorte.- Aparte de aplicarse como precorte para limitar yestabilizar taludes en bancos, tambin se empleapara el control de proyecciones, para voladura Rip-rap, en voladura para piedra dimensionada, parael control de vibraciones, para drenaje de taladros(dewatering), para separar mineral-desmonte enbancos irregulares y tambin para voladuraperfilada en tneles (smooth blasting).CAPTULO 11252CAPTULO 11253CAPTULO 11254CAPTULO 11255VOLADURAS CONTROLADAS ESPECIALESA. Extraccin de bloques de rocasornamentalesPara rocas como granito, mrmol y caliza marmrea,en forma definida, como placas y bloques.Es difcil dar recomendaciones generales de diseo puesson muchas las clases de roca y las tcnicas de explotacin,pero puede seguirse los siguientes parmetros:- Dimetro de perforacin entre 25 y 40 mm.- Espaciamiento, en el caso ms frecuente es entre4 y 8 , pero puede aplicarse la frmula de Berta:E = 2 x PE x x (c)2 + t Rt x tdonde:PE : presin especfica, en Mpa. : densidad del explosivo, en g/cm3.c : dimetro de la carga de explosivo, en mm.t : dimetro del taladro, en mm.Rt : resistencia a la traccin de la roca, en Mpa.ExplosivosSe emplea explosivos de baja velocidad de detonaciny gran volumen de gases. Tambin cargas preparadasen tubos plsticos acoplables.Consumos especficosVaran ampliamente de acuerdo al tipo de roca y clasede explosivo. Los valores ms comunes son, por unidadde superficie cortada, de: 80 a 150 g/m2 en losgranitos, de 40 a 80 g/m2 en los mrmoles y de 30 a60 g/m2 en las calizas marmreas.Las columnas de explosivo deben ser continuas ydesacopladas, con una cmara anular de aire, aunqueen roca dura es una ventaja rellenarla con agua paraaumentar la energa transferida a la roca y evitar elennegrecimiento de las superficies de corte por loshumos de la explosin.Aunque el retardo es necesario para aprovechar elempuje de los gases. La iniciacin debe serpreferentemente instantnea para todos los taladros,mediante cordn detonante.Para evitar el astillamiento o fracturacin de las esquinasde los bloques es conveniente emplear taladros gua vacosen la proximidad de las intersecciones de los planos decorte. En los taladros verticales no hay sobreperforacin.B. Voladuras para pedronera o escolleraEn obras de ingeniera, como la construccin de diques,rompeolas y represas enrocadas, se necesitan materialescon dimensiones muy especficas, denominndoseescollera a la de mayor tamao.Producir bloques de gran tamao difiere del banqueoconvencional. Se debe conseguir un corte adecuado anivel del piso y un despegue limpio a lo largo del planoque forman los taladros, con un agrietamiento mnimode la roca por delante de dicho plano. Es importanteconocer los sistemas de fisuras o diaclasas de la rocain situ para aprovechar estos planos de debilidad afavor de facilitar la rotura.Los parmetros para escollera son:- Altura de banco la mayor posible, usualmente 15 a20 m.- Dimetros de perforacin entre 75 y 115 mm.- Inclinacin de taladros entre 5 y 10.- Sobreperforacin: Sp = 10 .- Longitud de carga de fondo 55 , con explosivosde elevada densidad de carga.- Relacin entre el burden y espaciamiento:B/E = 1,4 a 1,7,en ocasiones hasta sobre 2.- Consumo especfico en la zona de carga de fondoen funcin de la resistencia a compresin simple(Rc) de la roca:> 650 g/m3 para Rc > 100 MPa.< 500 g/m3 para Rc < 100 MPa.- Taco intermedio del orden de 1 m entre la cargadel fondo y la de columna.- Densidad de carga en el plano de corte:500 g/m3 para Rc > 100 MPa.250 g/m3 para Rc < 100 MPa.- Carga de columna desacoplada, con una relacinentre el dimetro de taladro y el dimetro de cargaalrededor de 2.- Retacado, con una longitud de 15 .- Secuencia de encendido instantneo en toda la filade taladros.CAPTULO 11256C. Voladura de rocas porosasRocas porosas por ejemplo: pumitas, tufos volcnicos, etc.En este tipo de roca la energa de tensin de la onda dechoque es fuertemente amortiguada por absorcin,realizndose prcticamente todo el trabajo de rupturamediante la energa de los gases de detonacin enexpansin (denominada tambin energa de burbuja, Eb).Los explosivos adecuados para estas condicionesdebern tener baja densidad y velocidad dedetonacin, ejemplo: Exadit, Examon, ANFO. En estoscasos es necesario retener a los gases en expansindentro del taladro por el mayor tiempo posible, lo quepuede lograrse mediante:a. Taco adecuado: debe controlarse la longitud deltaco inerte de sello y el tipo de material que loforma; cuanto ms plstico mejor.b. Burden y espaciado correctamente dimensionados,posiblemente se requerir tiros de tanteo previospara optimizarlos.c. Cebado al fondo de los taladros.d. Desacoplamiento de la carga explosiva o adicinde materiales inertes ligeros como poliuretano(tecnoport en bolitas, ANFOPS), para reducir lapresin de taladro.e. Disparo con secuencias largas (long delays) si fueranecesario.D. Voladura de rocas plsticasEl mayor empleo de explosivos de modo convencionalse realiza para fragmentar rocas friables, quebradizas,como andesita, granito, caliza, etc, pero cuando setrata de volar materiales plsticos o elsticos, comopor ejemplo algunos lodos consolidados, arcillasarenaceas, lutitas, arguillitas, pizarra suave o caoln;algunos minerales industriales como anhidrita (yeso),lalita (sal gema) y permafrost (suelo permanentehelado) se requiere diferente mtodo.En la voladura convencional, la roca situadaalrededor del punto de disparo es pulverizada,fisurada y debilitada por fuerzas compresivasinducidas por la detonacin del explosivo de altavelocidad, que la preparan para la siguiente fase derompimiento mediante efectos de tensin,procedentes desde la cara libre, apoyados por lapresin de gases.Por el contrario, los materiales plsticos se compactany refuerzan alrededor del punto de disparo cuandose emplea explosivos de alta velocidad. Elrompimiento por tensin es relativamente inefectivo,a menos que la zona de compactacin pueda serrota primero por efectos de corte o cizalla, lo quepodra requerir mayor energa explosiva. En estascondiciones es preferible tambin utilizar explosivosde bajo brisance o cargas desacopladas, paradisminuir el efecto inicial de compactacin.En la explotacin de minerales industriales como sal,yeso, caoln y similares, el problema se alivia haciendopreviamente un corte de arranque al piso (kerf oundercut, utilizando por ejemplo una cortadoramecnica), antes de efectuar el disparo.CAPTULO 11257VOLADURA CONTROLADA EN TRABAJOSSUBTERRNEOSLa voladura convencional en tneles y otros trabajosde subsuelo, adems de dejar perfiles irregularessegn el sistema de diaclasamiento de la roca,normalmente afecta a la estructura remanente aprofundidades que pueden llegar hasta 2 mmaltratndola y debilitndola segn su tipo ycondicin, lo que puede tener consecuencias deinestabilidad o desprendimiento con el tiempo.Este maltrato es mayor cuando se dispara con cargasexcesivas, o cuando no se mantiene una adecuadasecuencia de encendidos y los taladros salen casisimultneamente.En obras de ingeniera de cierta consideracin, comolos tneles de irrigacin o de hidroelctricas, que debenser estables y que usualmente se cementan, el perfilperifrico irregular es inconveniente, debiendoejecutarse adecuadamente para obtener una paredfinal de superficie lisa.Para evitar este maltrato y obtener paredes de corteliso se emplean mtodos de voladura perifricacontrolada.CAPTULO 11258CAPTULO 11259A. Condiciones necesarias para la voladuracontrolada en subsueloAplicables al acabado de tneles, cmaras yexcavaciones para cimientos de mquinas y obrasciviles.a. Perforacin- El dimetro de los taladros de contornonormalmente es igual a los de produccin.- La precisin de la perforacin es fundamental, debemantenerse el alineamiento y paralelismo de lostaladros de acuerdo al diseo del corte a realizar,para mantener un burden constante en toda lalongitud del avance, de otro modo no se formarel plano de corte. Un mal emboquillado odesviaciones resultarn en sobrerotura o salientesde roca, as, desviaciones mayores de 0,10 a 0,15m. al fondo pueden deformar el corte o dar lugar atacos quedados (bootlegs).- El espaciamiento entre taladros debe ser menor queel de voladura convencional, la relacin espacio/burden baja de E = 1,3B normal a E = (0,5 0,8)B.En la prctica, para voladura amortiguada, estadistancia se estima entre 15 a 16 veces el dimetroy el burden de 1,2 a 1,5 veces el espaciamiento,mientras que para precorte el espaciado ser de 8a 12 veces el dimetro, considerndose el burdeninfinito. As en la prctica son esencialesespaciamientos entre 0,3 y 0,6 m.b. CargaSe requiere baja densidad de carga explosiva, lo quese obtiene con:- Explosivos especiales de baja energa y velocidad,usualmente en cartuchos de pequeo dimetro,como el Exsacorte de 22 mm, que produce unos1,000 bares de presin, mientras que unoconvencional puede llegar a 30.000 bar.- La carga de columna debe ser desacoplada (noatacada), normalmente de slo 0,5 veces el dimetrodel taladro (relacin 2:1) para poder formar unanillo de aire alrededor del explosivo que amortigeel efecto de impacto al absorber parte de la energade la explosin y debe distribuirse a todo lo largodel taladro (esto se facilita por ejemplo con loscartuchos largos de Exsacorte que cuentan conplumas centradoras plsticas).La densidad de carga normalmente flucta entre 0,18y 0,37 kg/m, para este caso, segn el tipo de rocavara entre 0,08 y 0,22 kg/m.Si es necesario para amortiguar la onda y facilitar laformacin del plano de corte, se puede intercalartaladros vacos de gua entre los taladros cargados.c. Carga de fondoTodo mtodo de carguo requiere una carga de fondode alta velocidad con factor de acoplamiento cercanoal 100% (ejemplo uno o dos cartuchos convencionalesde dinamita), para asegurar el arranque de la cargareducida de columna y evitar la formacin de tacosquedados al fondo.Es tambin necesario sellar los taladros con taco inerte(steming) para contener los gases y para evitar que lacolumna desacoplada sea eyectada del taladro aldetonar el cebo (o succionada por la descompresinsubsiguiente a la voladura previa del disparo principal).d. DisparoEl disparo de todos los taladros del corte perifrico debeser simultneo, o mximo en dos o tres etapas de retardomuy cercanas (si el permetro a cortar es grande), de locontrario el plano de corte puede no formarsecompletamente. Esto puede asegurarse con una lneatroncal de encendido independiente. Debe tomarse encuenta que la velocidad pico de partcula generada porel disparo puede llegar a causar excesivo dao a la rocaremanente, efecto que se puede reducir mantenindolapor debajo de los 700 a 1.000 mm/s. Esta velocidad sepuede estimar con la siguiente frmula emprica:VPP = Ce d x bdonde:VPP : velocidad pico de partcula, en m/s.Ce : carga explosiva en caja, en kg.d : distancia radial desde el punto de detonacin,en m.b : constante que depende de las propiedadesestructurales y elsticas de la roca, y que varade lugar a lugar.Los medios usuales disponibles para carga controladaen pequeo dimetro son:1. Tubos plsticos rgidos con carga interior de dinamitade baja velocidad y presin, acoplables para formarcolumnas de longitud requerida, con plumascentradoras para desacoplar la carga; ejemplo:Exsacorte de 22 mm de dimetro por 710 mm delongitud y Exsasplit de 22 mm de dimetro por 3,50m de longitud.2. Cartuchos convencionales de dinamita espaciadosentre s a una distancia equivalente a la longitud deun cartucho (0,20 m), iniciados axialmente concordn detonante de bajo gramaje (3 g/m).3. Agentes de voladura de baja densidad,normalmente granulares con componentesdiluyentes reducidores de energa como polietilenoexpandido, aserrn, ceniza y otros. Tienen comoinconveniente que pueden segregarsegravimtricamente y generan gases txicos.4. Sistema de carga air deck con slo carga de fondoy taco inerte, requiere adecuado control paraasegurar resultados y la roca debe ser compatiblecon el mtodo.5. Cordn detonante de alto gramaje (60, 80, 120 g/m). Este elemento reduce la densidad de cargalinear, pero es costoso.CAPTULO 11260CAPTULO 11261CAPTULO 11262Evaluacin de resultados del precorteEsta evaluacin un tanto emprica puede hacerse deforma cuantitativa y cualitativa.La evaluacin cuantitativa se basa en el clculo delfactor de caas visibles, que es el cociente entre lalongitud de las medias caas visibles despus de lavoladura y la longitud total que fue perforada.El anlisis conjunto de la superficie creada, en rocaque permite observar detalles, facilitar la observacinde daos o fallas que puedan corregirse ajustandofactores de carga y espaciado entre taladros como semuestra en el cuadro siguiente:CAPTULO 11263Voladuras controladas en taladros largos encmaras subterrneasAquellas operaciones mineras de produccin dondepor su mtodo de minado se abren profundas cmaras;por ejemplo en el mtodo de extraccin Sublevel Stope,el uso de voladuras controladas en el techo y paredeses fundamental para disminuir los riesgos deinestabilidad.En cmaras abiertas profundas donde se perforantaladros largos con barras de perforacin extensibles,generalmente se controla el techo de dos formas:a. Preparando previamente una cmara superior, cuyasdimensiones de base son las del tajeo, empleandoperforadoras manuales tipo jack leg, posteriormentese explota mediante taladros largos todo el mineralentre el piso de la cmara y la base del tajeo (fig. 1).b. Cortando el techo, empleando cargas ligeras deexplosivo a travs de taladros perforadosparalelamente, siguiendo un diseo de perforacinde voladura controlada para formar el plano delmite al techo (fig. 2); posteriormente se explota elmineral entre el piso del tajeo y el techo cortado,de modo que el personal y equipos puedan trabajaren condiciones seguras.Para mejorar el efecto de corte se perforan taladrosintermedios de alivio, generando de esta forma mayorrea libre a los taladros a disparar y que asimismosirven de gua para orientar el corte que limitar eltecho (ver fig 3). Carguo de cartuchos de dinamitaespaciada para cortar el techo en tajeos abiertos, conperforacin de taladros de alivio sin carga para mejorarel resultado del corte (fig. 4).CAPTULO 11264Parmetros importantes para voladurascontroladas.1. Presin del taladroEs la presin ejercida por la expansin de gases dedetonacin en las paredes del taladro. Cuanto menorsea esta presin menor ser el dao a la pared finalde la voladura, esta presin es aproximadamente el50 % de la presin de detonacin del explosivo. Paralograr el efecto de corte en las voladuras controladases necesario reducir la presin dentro del taladrodesacoplado y/o espaciando las cargas explosivasdentro del mismo.La siguiente frmula se puede usar para calcular lapresin del taladro:Pt = e x (VOD)2/8donde:Pt : presin de taladro.e : densidad del explosivo.VOD : velocidad de detonacin del explosivoPara reducir la presin dentro del taladro, se debedesacoplar espaciar las cargas explosivas. El grado deacople de una carga explosiva esta dada por:Cr = (C)1/2 x (e/t)donde:Cr : relacin de acoplamiento.e : dimetro de explosivo.t : dimetro de taladro.C : porcentaje del taladro cargado conexplosivo.La presin dentro del taladro de cargas explosivasdesacopladas y espaciadas, ser la siguiente:Pdt = Pt x (Cr)2,4donde:Pt : presin de taladro.Pdt : presin dentro del taladro desacoplado.2. Relacin de espaciamiento y burdenEl espaciamiento entre taladros en una voladuracontrolada depende del tipo de roca y dimetro deperforacin. En estas voladuras por lo general serecomienda una relacin burden/espaciamiento (B/E)de 1.5 a 1; en la figura 5 se observa el burden finalpara los taladros perimtricos despus de la voladurade produccin.Podemos partir de la siguiente relacin para calcularel espaciamiento de taladros perimetrales:E t x (Ptd + Rt)/Rtdonde:E : espaciamiento entre taladros.t dimetro de taladro.Pdt : presin dentro del taladro.Rt : resistencia a la traccin de la roca.3. Precisin en la perforacinLa precisin en la perforacin es uno de los factoresms importantes para el xito de esta tcnica, lostaladros segn diseo, deben perforarse paralelos yencontrarse en un mismo plano de corte.4. Carga linealPara taladros de contorno con dimetros de perforacinentre 32 y 51 mm se recomienda la siguiente tablaprctica: Dimetro Dimetro Carga Espaciamiento Burden taladro explosivo lineal mm mm kg/m m m 32 17 0,220 0,40 a 0,60 0,55 a 0,75 51 25 0,500 0,65 a 0,90 0,80 a 1,205. Explosivos para voladura controlada- Exsacorte: en tubos plsticos acoplables.- Exsasplit: en tubo plstico entero, de longitudespecificada.- Exadit: dinamita en cartuchos espaciados, concordn detonante y de bajo gramaje a lo largo deltaladro y con espaciadores de madera o de caa.- Examon: con el mtodo llamado Trim Blasting(cordn detonante axial de bajo gramaje a lo largodel taladro hasta el cebo. Tiene su detonador conlnea independiente).CAPTULO 11265CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 12O 12O 12O 12O 12266267para poder ser desplazados con el equipo mecnicodisponible, sus resultados usualmente tambin imponenel apoyo posterior de rotura secundaria con cachorreo,plantas, cargas dirigidas, o martillos rompedoreshidrulicos.Con estas voladuras se realizan por lo general enlugares deshabitados, se suele dejar de lado laprevencin de riesgos de proyeccin de piedras yvibracin, lo que puede tener serias consecuencias.Un aspecto importante a tener en cuenta es la vigilanciadel rea de disparo, ya que a diferencia de las minas,la gente de campo no tiene experiencia sobre lasconsecuencias de la proximidad a los disparos.A excepcin de las coyoteras o calambucos querequieren de la apertura previa de un tunel pequeo,y de los bancos convencionales que emplean taladrosde mediano a gran dimetro, en las dems voladurasse trabaja con pequeos dimetros, entre 51 y 87 mm(2" y 3 1/2") normalmente taladrados con perforadorasde oruga con martillo de cabeza (trackdrills) y slo encontadas operaciones mediante martillos de mano, de32 a 40 mm de dimetro. Estos equipos permiten mejoradaptabilidad a los perfiles irregulares del terreno,mejor distribucin del explosivo y menor nivel devibracin, por lo tanto menos dao a la roca remanente.Segn las condiciones de resistencia a rotura y la dehumedad de la roca, se aplican explosivosencartuchados de los tipos Gelatina Especial, Exagel-E; Semexsa y Exadit 65, en dimetros de 22 hasta 64mm (7/8" a 2 1/2"), a columna completa, o los mismoscomo carga de fondo en columnas selectivascompletadas con Examon o Anfo, en este caso endimetros de 65 a 125 mm (2 1/2" a 5").Cortes a media ladera y trincherasMtodos tpicos para carreteras y autopistas son loscortes a media ladera y trincheras, que normalmentese efectan de una sola vez cuando la altura del cortese limita a 10 12 m, y por etapas cuando es mayor.Como el dimetro del taladro est en relacin con laaltura de banco o de corte se requiere la relacin:t = H/60donde:t : dimetro del taladro.H : profundidad de la excavacin.La longitud de los taladros (L) depende de la altura debanco, de la sobreperforacin que sea necesaria segnla resistencia a rotura de la roca y de la inclinacin delos mismos, que suele ser de 15 a 20.CAPITULO 12VOLADURA EN OBRAS VIALESS e considera como obras viales a las carreteras detoda categora y a las vas frreas. En su construccin ymantenimiento es frecuente el empleo de explosivos,que se aplican tanto con mtodos tradicionales comocon otros denominados tpicamente viales.Los mtodos que podramos definir como tradicionalesson:- Banqueo convencional; en este caso mayormenteaplicado en canteras para proveer piedra y ripio.- Apertura de tneles.- Voladura controlada; principalmente en lasmodalidades de precorte y recorte: para mantenerla estabilidad de taludes de roca en cortes de laderapoco estables o muy altos, que despus requerirnmuy poco mantenimiento.Estos mtodos comprenden tcnicas especialmentedirigidas al rompimiento de material preferentementemenudo y homogneo, procurando tener el menorefecto de deterioro de la roca por impacto y vibracin,por tanto requieren de exigente control y de mayortrabajo de perforacin. Por lo general son repetitivos,es decir que cada disparo es igual o parecido alanterior, siguiendo patrones establecidos.Por otro lado, la gran longitud de tramo y lascambiantes condiciones de geometra y de propiedadesde las rocas a arrancar a lo largo del trazo de las obrasviales, imponen el diseo de cada disparo como si fueraun caso en particular adaptado al perfil del terreno,denominndoseles por ello mtodos viales, entre losque consideramos a:- Cortes de ladera o a media ladera, con taladroscortos y largos.- Excavacin de trincheras (o cortes de montura).- Voladura para nivelaciones y de remocin dematerial para relleno de depresiones.- Excavaciones para rampas.- Excavaciones para cimentacin de puentes y murosde contencin.- Voladura para zanjas y cunetas.- Voladuras de gran volumen por gravedad:voladuras coyote o calambucos y voladuras dedesplome.Estas voladuras no son mayormente exigentes en cuantoa la calidad de fragmentacin ni a la homogeneidaddel material arrancado, ya que por lo comn este sersimplemente empujado a un costado de la obra, oempleado como relleno de nivelacin, pero en razna que usualmente resulta una importante cantidad depedrones sobredimensionados, demasiado grandes268 H L = + ( 1- ) x SP Cos 100Cortes a media ladera:Pueden efectuarse mediante taladros verticalesparalelos o en abanicos, mediante taladros horizon-tales (zapateros) o mediante una combinacin detaladros horizontales y verticales, los trazos de per-foracin son similares a los de banqueo, con ma-lla cuadrada o alterna, y salidas en paralelo o enV.La direccin de salida de la voladura puede serparalela o perpendicular al rumbo o traza de la caradel talud. Si es perpendicular (normal) puede existirriesgo de rodadura incontrolada de piedras laderaabajo, si la pendiente es muy parada.En laderas elevadas se debe habilitar primero caminosde acceso y plataformas de trabajo (bancos), empleandopara ello el mismo equipo de perforacin disponiblepero con taladros de pequeo dimetro, preferente-mente horizontales, paralelos a la traza y en nmerosuficiente como para dejar preparadas plataformas detrabajo de 5 a 10 m de ancho, desde dondese practicarn las perforaciones mayores para elcorte de la ladera. Estas plataformas se preparan envarias etapas de perforacin, disparo y limpieza,generalmente con tractor.De acuerdo a las condiciones del terreno serconveniente o necesario delimitar la excavacin del cor-te con una hilera de precorte.En voladuras con slo taladros verticales se sueledisparar en una sola etapa, como en banqueo,procurando adecuar la carga explosiva paraconseguir un empuje del material arrancadosemejante al que se obtiene con las voladuras de mxi-mo desplazamiento (cast blasting) lo que disminuirel volumen de trabajo en el corte mismo.donde: = ngulo con respecto a la vertical (o)H = altura de banco (m)SP = sobreperforacin, en equivalentes a dimetro (D)de acuerdo a la resistencia de la roca, como se indica en elsiguiente cuadro estimativo.semejante al que se obtiene con las voladuras de mxi-mo desplazamiento (cast blasting) lo que disminuirel volumen de trabajo en el corte mismo.En los disparos con taladros horizontales se aprovechade la gravedad para bajar la parte superior de lacarga a excavar, debindose tener en cuenta que staquedar in situ, con menor desplazamiento que en elcaso anterior. Este mtodo baja los costos de disparopero incrementa los de limpieza, adems presentael inconveniente de fuerte proyeccin de fragmentos adistancia al actuar las cargas como en voladuras decrter y que la pared remanente queda muy deteriora-da, con rocas colgadas y en algunas ocasiones contaludes invertidos, lo es riesgoso para el personal yobliga a desquinchar antes de efectuar la limpieza deldesmonte.Para el clculo de espaciado con taladros horizontalesse aplica la relacin E = 3 x (D x L), donde E es elespaciado (m), D el dimetro de taladro (m) y L lalongitud del taladro (m).Si la altura de banco es inferior a 5 m slo se utilizar una filade taladros, entre 5 y 8 m dos filas, dispuestos preferente-mente en forma alterna, y por encima de 8 m tres o msfilas, con malla alterna o cuadrtica, segn el estado delterreno.En las voladuras que combinan taladros horizontales yverticales suele ser conveniente efectuar la excavacinpor fases; limpiando el desmonte del primer tiro antesde disparar el segundo. Pero si tiene que efectuarse unsolo disparo, debe darse salida primero a los horizon-tales ubicados al pie del corte y despus a los verticalesperforados desde la parte superior y situados por detrsdel fondo de los horizontales. Las salidas sern en se-cuencia mediante retardos.PARAMETROS DE TALADRO EN EQUIVALENCIAS DE DIMETRO Tipo de roca: Blanda Media Dura Muy Dura Resistencia acompresin en MPa: 70 70 a 120 120 a 180 180Parmetros:Sobreperforacin SP 10 D 11D 12D 12DLongitud recomendada para carga de fondo y taco inerte:Carga de fondo CF = 30 D 35D 40D 46DTaco T = 35D 34D 32D 30DBurden B = 39D 37D 35D 33DEspaciado E = 51D 47D 43D 38DRelacin E/B = 1,25 1,20 1,15 1,15Consumo especficoCE = kg/m3 = 0,30 0,35 0,42 0,49CAPTULO 12269CAPTULO 12270Excavaciones en trincheraSiempre se efectan con taladros verticales, y segnsea la relacin H/D anteriormente citada, se presentandos casos:1. Si H > 100 , que es el normal para alturas debanco de 10 a 12 m, los valores para burden yespaciamiento son los mismos de la tabla anterior.2. Si H < 100 , el burden se calcular con laexpresin: 0 ,5 Q = E x H x Ce B Cosdonde:Q : carga total por taladro (kg).H : altura de banco (m).E/B : relacin entre espaciamiento y burden (de latablas).Ce : consumo especfico de explosivo (tambin dela tabla).a : ngulo respecto a la vertical, en grados.Los trazos de voladura ms utilizados cuando se tienencara libre son, los de salida por filas paralelas y los desalida en V, con taladros distribuidos en malla alternao cuadrangular, en forma similar a los bancos, perocon la diferencia que los taladros tendrn diferentesprofundidades, de acuerdo al perfil de terreno y al nivelde explanacin que se quiere conseguir.Cuando no se cuenta con una cara libre para iniciar latrinchera, se debe preparar primero una excavacin alpiso mediante un disparo de taladros de pequeodimetro dispuestos en abanico (fan cut), staexcavacin una vez limpiada servir de cara libre paraavanzar con el corte de trincheras por un sentido. Si laexcavacin inicial se ubica en un punto central sepodr avanzar la trinchera en ambos sentidos, en estecaso la excavacin suele denominarse tiro dehundimiento sin cara libre.Para la excavacin de trincheras en lomas quecomnmente se denominan montura de caballo, sedispara en dos fases, un primer corte con salida enV que generalmente tiene un avance mximoequivalente a 1/3 de total de longitud de la trinchera,y el segundo en los 2/3 restantes mediante un trazoaxial, con tres o ms filas de taladros segn el anchode la trinchera, con arranque en la fila central y elresto con salidas en paralelo. Las trincheras de pocaprofundidad de corte tambin se disparan con esteesquema axial, en toda su longitud.El desmonte extrado de estos cortes generalmente sirvede relleno en depresiones contiguas, para efectos denivelacin de la plataforma vial.CAPTULO 12271CAPTULO 12272CAPTULO 12273VOLADURA DE GRAN VOLUMEN PORGRAVEDADEstn basadas en el derrumbe de grandes volmenesde material mediante cargas explosivas concentradas,relativamente grandes, aprovechando la gravedad.Entre ellas podemos considerar:A. Voladura por colapso o desplome contaladros de pequeo dimetro (collapseblasting)Es conocido que el procedimiento de excavacin deroca adoptado virtualmente en todos los trabajos portajo abierto es el de actuar directamente sobre elcuerpo de roca por medio de bancos, utilizandoexplosivos cargados dentro de taladros de voladuraverticales.Sin embargo hay algunos casos donde se obtienenresultados ms convenientes haciendo que el cuerpode roca se colapse, al removerle su base. Elprocedimiento en este caso consiste en cortar unapequea pero bien definida parte de la roca para hacerque la mayor parte del cuerpo sobreyacente sedesprenda y desplome bajo accin de la gravedad,corte que usualmente se efecta mediante taladros devoladura horizontales o inclinados, de pequeodimetro, distribuidos cercanamente unos a otros.Este tipo de voladura no permite control sobre lageometra de excavacin ni sobre la fragmentacin, yse aplica por tanto slo en circunstancias especficas,como las siguientes:a. En aquellos casos donde las condiciones geolgico-estructurales sean particularmente adecuadas paraaplicar esta tcnica, por ejemplo cuando laestratificacin del cuerpo de roca tienediaclasamiento con buzamiento cercano a lavertical, y donde sea posible y relativamente fcilinducir el colapso simplemente excavando la base.Su aplicacin en estos casos sin embargo requierede mucho cuidado, porque si el bloque es muyinestable podra deslizarse prematuramentecuando an se est trabajando en el corte con graveriesgo para los trabajadores, o por otro lado,tambin podra ocurrir que el bloque no sedesplome inmediatamente despus del disparoquedndose colgado en el talud, en peligrosacondicin de inestabilidad y de desprendimientoposterior.b. En proyectos de corta duracin o de menorenvergadura, donde no se justifique trabajospreparatorios de infraestructura, como accesos,carreteras, banqueo, etc. Este tipo de situacin sepresenta en algunas obras de ingeniera civil, comoes el caso de las canteras temporales paraobtencin de pedrones y de ripio para obras viales,o las que se preparan para acumular gran volumende material para relleno, que sera muy lento deobtener con banqueo convencional.c. En proyectos de estabilizacin de taludes o demejoramiento de tierras en lugares donde el cuerpode roca sea inestable y peligroso para algunapoblacin, planta elctrica, carretera, va frrea,etc.d. En aquellos casos donde es imposible ubicar losequipos de perforacin en la cima del cuerpo deroca para trabajar en forma convencional, debidoa imposibilidad de acceso por una topografaabrupta, por mucho riesgo, por elevados costosde infraestructura u otro impedimento.e. En situaciones de emergencia para defensa civil,por ejemplo cuando sea esencial desviar obloquear temporalmente el curso de una riada oavalancha, en donde las condiciones geolgicas ytopogrficas permitan el cierre de una quebradaen forma rpida.B. Voladura por desplome con taladrosde gran dimetro horizontales (largediameter horizontal shots)En este caso la roca al pie del cuerpo es rota ydesplazada por medio del disparo de una serie detaladros horizontales de gran dimetro que producenel corte, induciendo luego al colapso del cuerpo deroca sobreyacente, en forma similar al caso anterior.Ambos mtodos requieren de una cuidadosaevaluacin del volumen total de roca a desprender, yde cunto de ella realmente necesita ser volada demodo de que pueda inducir el desplome del resto delbloque colgado.Mientras que la fragmentacin de la roca disparadaen el rea del corte puede resultar casi tal como fueplanificada y calculada, la que procede del reasuperpuesta que no es influenciada directamente porel explosivo no puede ser anticipada, y su tamao serdeterminado mayormente por la naturaleza delmaterial y por su altura de cada.En el diseo de los disparos debe tenerse en cuenta elgrado de fragmentacin que ser necesario lograr paragarantizar la completa remocin de la base, ya que envoladura de colapso es absolutamente vital asegurarseque el pie ser limpiamente cortado, ms all de todaposible duda, de otro modo el resultado puede ser elde una dramtica situacin de inestabilidad del frentede roca disparada.CAPTULO 12274CAPTULO 12275C. Tneles coyote, coyoteras o calambucos(coyote blasting, headings)Mtodo especial basado en el disparo de una o mscargas explosivas concentradas, relativa-mentegrandes, localizadas en la base del cuerpo de roca ycuyo posicionamiento esta dictado por la topografalocal, las mismas que se conectan por medio de tnelesde una seccin transversal lo ms pequea posible(literalmente slo lo suficientemente amplias como parapermitir el acceso del perforista y su equipo). Estasvoladuras tambin son aplicadas para remover grandesvolmenes de roca, o para efectuar cortes de laderapor desplome para obras viales, canales de irrigacin,oleoductos, etc. cuando no es factible el banqueoconvencional sea por consideraciones tcnicas oeconmicas. Las voladuras coyote tambin producengran cantidad de material sobredimensionado.Consiste en abrir pequeos tneles en la base del taludo de la colina que se quiere colapsar, perpendicularesa la cara libre y de una seccin transversal lo mspequea posible, los que se rellenan con explosivo algranel hasta cierta parte de su longitud (tramo que sedenomina cmara de carga) y que se sellan despushermticamente para ser finalmente disparadas enforma simultnea, por lo general con cordn detonanteo con fulminantes elctricos.El diseo ms simple consiste en un tnel horizontal depequea seccin y de una longitud de 0,60 a 0,75veces de altura de la cara libre a volar, que en su fondotermine en un crucero a 90 formando una T en cuyosbrazos (cmaras) se ubica al explosivo adecuadamenteapilado, taponndose luego el tnel de acceso contierra para confinar a la carga la que usualmente seestima mediante la Regla de Hauser.Q = K x B3, por cmaradonde:Q : cantidad de carga explosiva, en kg.K : coeficiente, usualmente de 0,4 a 0,5 (paracalambucos chicos).B : burden real, en m.Para calambucos de una sola cmara en T la alturade la cara de voladura no debe pasar de 30 m; si esmayor, el tnel de acceso tendr que ser ms profundoy requerir de otros cruceros (cmaras) con cargaexplosiva, las que se espaciarn cada 5 a 10 m segnel tipo de roca predominante.El tnel de acceso debe ser como mnimo de iguallongitud que el burden real. Para el caso de tnelesprofundos adems de los cruceros horizontales a nivel,se recomienda aadir un inclinado en T paralelo ala cara libre mayor, que tambin se cargar conexplosivos.Una vez que las cargas han sido acomodadas, lostneles deben ser cuidadosamente sellados conmaterial inerte en la mayor parte de su longitud,cuidando de proteger muy bien los cables o el cordndetonante que transmitirn la iniciacin a las cargaspues cualquier corte de ellos malograr o anular lavoladura, siendo despus muy difcil y peligroso el tratarde reconectarla, razn por la que usualmente se tiendedos o ms troncales paralelas y separadas. Porseguridad los cordones o cables se introducen dentrode tubos rgidos que se cubren con el material derelleno.CAPTULO 12276CAPTULO 12277CAPTULO 12278CAPTULO 12279Ejemplo de voladura de coyote1. Voladura mltipleProyecto para corte por desplome de la ladera de unacolina de roca volcnica para una obra vial, convoladura coyote de varias cargas.2. DiseoSe proyecta abrir un tnel de acceso lateral queseguir luego una direccin paralela a la cara frontalde la colina, en el que se practicarn cuatro cruceros(estocadas) de 3 m de longitud, perpendiculares a lacara libre, que servirn de cmaras de carga explosiva(C1-C2-C3-C4). El cuerpo de roca tiene entre 50 y60 m de altura. Los burdenes de las cargas a la caralibre sern de B1 = 10 m; B2 = 17 m; B3 = 17,5 my B4 = 17 m.1. Se estima estos burden en razn de que condistancias mayores a 20 m se requerira mayorcantidad de explosivos, lo que dara como resultadomuy fuerte vibracin y proyeccin de fragmentos ypor lo contrario con distancias menores a 10 m, seencampana un cuerpo demasiado pequeo comopara justificar el trabajo preparatorio de excavacinde tnel.2. La longitud de los cruceros (cmaras) se estima en3 m y de distancias entre las mismas vara entre10 y 15 m.3. La altura del corte, en relacin con un burdenmximo de 20 m sera de 1:3, obteniendo unaaltura de 60 m, pero se considera 50 m porseguridad.4. Para mejor efecto de desplome se ha tenido encuenta la presencia de diaclasas casi verticales enel cuerpo de roca.5. Teniendo en cuenta las caractersticas de la roca(ejemplo: roca volcnica, seca, compacta perofisurada, sin necesidad de fragmentacinespecfica), se decidi utilizar una GelatinaEspecial 75 (como carga cebo), y Examon-P ensacos, en una proporcin de 20% y 80%respectivamente.6. La iniciacin del disparo se efectusimultneamente sin retardos para mayor efectode desprendimiento, utilizando cordn detonantereforzado 10P en dos trocales paralelas inicialescon fulminante N 8.CAPTULO 122803. Clculo de CargasCada carga se puede estimar empricamente mediantela siguiente frmula:Q = a x b x B3donde:Q : carga expresada en kg.B : burden expresada en m.a : factor dependiente del tipo de explosivoutilizado.b : factor dependiente de la naturaleza de laroca.a x b : equivalente en este caso al factor Ksealado en la regla de Hauser.Por lo general la informacin en la cual se basan losvalores para a y b es escasa y limitada. Para el ejemploutilizaremos una tabla preparada por G. Berta, en laque los valores de a se refieren a explosivospromedios.Explosivo aGelatina explosiva 0,15Gelatina Semi-gelatina 0,22Agentes granulares - Ejemplo EXAMON, ANFO 0,24Plvora negra (de cantera, poco usada) 0,55Roca bRoca suave 1,2 a 2Roca medianamente dura 2,2 a 3Roca dura 3,2 a 4Roca muy dura 4,0 a 4,5Roca fisurada, pero compacta 3,0 a 5Como se va a utilizar 20% de Gelatina Especial 75 y80% de Examon, se considera preponderante el valorde este ltimo en la tabla, y suponiendo que lascaractersticas promedio de la roca la clasifican comosuave, tendramos que les corresponden los siguientesvalores:a = 0,24 y b = 2.Luego: a.x b = 0,48 basndose en clculos las cargaspor cmara y el consumo total del explosivo.Se carga primero la cmara C4 y al final la C1, sellandoel acceso y cada carga con material de relleno,usualmente tierra en sacos. Por seguridad el tramo deingreso a la bocamina se sella con material de rellenoy cemento de fraguado rpido (Sika u otro similar).Las cuatro cargas se empalman una a otra con dosvas independientes de cordn detonante 10P insertadodentro de tubos rgidos para protegerlo de cualquierdao o esfuerzo mecnico. Los dos extremos de lastroncales de cordn se unen con cinta, envolviendo aun par de fulminantes de arranque instantneo(elctricos o convencionales, segn criterio). Eldisparador debe ubicarse en la distancia lmite deseguridad, debidamente protegido. El tiro debe serinstantneo.Otros criterios dicen que la carga se calcula sobre labase del tonelaje en el Cuadro del rea del disparo,que es el volumen del prisma de roca limitado porplanos verticales que pasan a travs de los alerosposteriores, por ambos extremos de los cruceros y porel frente, limitado por el piso y la cresta del corte.La cantidad de carga explosiva debe variarse deacuerdo al tipo de roca y al trazo de la coyotera. Deberser mayor para trazos con la entrada larga y alerospequeos y menor para una entrada corta y alerosgrandes, es decir a entrada ms profunda enproporcin a la cara, mayor requerimiento de carga.4. DistribucinPara mejor resultado la carga deber distribuirseuniformemente. Por conveniencia stas se colocan conuna distancia entre 6,5 a 8 m entre centros, y con unadistancia no mayor a 4 m con el eje del tnel paralograr un buen confinamiento y evitar un reventn osoplo a travs de la entrada.5. ExplosivoPor su baja sensibilidad y excelente performance en elempuje de la roca, se recomienda el Examon. Si sepresenta agua en cantidad considerable en lascmaras, o si la exposicin del explosivo al agua va aser prolongada, se recomienda el empleo de emulsincomo Slurrex-AP. En este caso por su mayor potenciarelativa, presin de detonacin y velocidad, se cargaren menor cantidad que con Examon.6. ConfinamientoPara asegurar el confinamiento, la carga explosivadeber ocupar por lo menos las dos terceras partes dela seccin del crucero o cmara, y estar sellada en sufrente libre por un grueso tabique, preferentemente desacos de tierra o arena.CARGA(Cmara) B B3 Q= a.b.B3 Q(Redondeo)C1 10 m 1.000 m3 0,48 x 1 000 = 480 kg 500 kgC2 17 m 4 913 0,48 x 4 913 = 2 358 2 350 kgC3 17,5 m 5 359 0,48 X 5 359 = 2 572 2 550 kgC4 17 m 4 913 0,48 x 4 913 = 2 358 2 350 kgCarga Total 7 750 kgCAPTULO 12281CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 13O 13O 13O 13O 13282283condiciones de exceso de agua ser necesaria unaGelatina Especial 75 o Gelatina Especial 90.Las cargas se ceban individualmente, lo que es lacaracterstica del mtodo, y se disparan en formasimultnea para producir el zanjado, ya que no serequiere efecto secuencial. El material volado sedesplazar a los flancos.Para el encendido es preferible el empleo de cordndetonante, aunque tambin pueden usarse detonadoreselctricos o no elctricos tipo Nonel, instantneos. Sislo se dispone de los de retardo se usarn todos delmismo nmero, que pueden ser entre el nmero 1 y elnmero 10.B. De propagacinCon este mtodo slo una de las cargas se ceba, conmecha y fulminante. Cuando sta se dispara la ondade detonacin se transmite a travs del suelo hmedoa las cargas adyacentes a lo largo de la lnea dezanjado, detonndolas por simpata. Esta accin es tanrpida que todas detonan prcticamente en formasimultnea.La mxima distancia a la que puede actuar lapropagacin depender de las caractersticas del suelo,grado de humedad y tamao de las cargas.Esta tcnica requiere de un explosivo muy sensible a ladetonacin por simpata, usualmente dinamitagelatinosa especial denominada dinamita para zanjao Exsaditch la que por sus naturales condiciones tieneque ser manipulada con cuidado. La carga cebada(reforzada) debe tener ubicacin preferentementecentral y no en uno de los extremos de la zanja. Elespaciado entre las cargas ser menor que el anteriormtodo, 0,3 a 0,6 m entre s (12 a 18). Deben tenerseen cuenta los obstculos naturales (tocones, pedronesenterrados) que pueden obstaculizar a la onda desimpata, para eliminarlos simultneamente.Para mantener el nivel de fondo de las zanjas, queslo deben tener una muy ligera pendiente para drenarel agua (1 a 2%), todos los taladros deben perforarsehasta un mismo nivel de profundidad,independientemente del perfil de la superficie del suelo.Como regla general de zanjeo, en los terrenos pococonsolidados y hmedos las cargas explosivas debentener igual altura de columna, independientemente dela longitud de taco inerte.En terrenos consolidados por lo contrario, las alturasde columna variarn para cada carga de acuerdo alperfil de la superficie, mantenindose proporcionalidaden los tacos, debindose prevenir las sobrecargas.En terrenos tendidos normales, el taco ser de mnimo30 cm (1), en los muy hmedos slo se necesitarunos 10 a 15 cm (4) y en los extremadamente sueltosy hmedos no se requerir taco llegando el explosivohasta la superficie. En estas condiciones no es aplicableel Examon y menos el ANFO.CAPITULO 13VOLADURA PARA HABILITACIN DE SUELOS YAGRICULTURA, PROYECTOS DE IRRIGACIN Y OTROSE n agricultura, forestacin, obras sanitarias y derecuperacin ecolgica, as como en trabajos depreparacin de terrenos para exploracin minera opetrolera, y en la explotacin de placeres de oro, estaoy otros metales pesados, especialmente en las zonasde selva, se tienen que efectuar diversos trabajos decanalizacin, drenaje, corte de rboles, retiro detocones, rotura de pedrones y aflojamiento de suelos,adems de la apertura de trochas y caminos, quepueden ser grandemente facilitados con el empleo deexplosivos, como es usual en otros pases para bajarel costo de mano de obra y maquinaria y para acortarel tiempo de trabajo.Por esta razn incluimos algunos mtodos de aplicacinprctica.ZANJASSe denominan zanjas a aquellas obras lineales desuperficie con una anchura comprendida entre 0,6 y 3 my una profundidad que puede oscilar entre 0,5 y 5 m.Cuando exceden estas dimensiones pasan adenominarse excavaciones en trinchera. La voladuraen zanjas presenta mayor factor de carga relativa, loque a su vez incrementa la proyeccin de fragmentos yla vibracin.VOLADURA DE ZANJAS Y CANALESLa voladura de zanjas y de canales menores parairrigacin y drenaje, es una alternativa cuando laexcavacin mecanizada es imposible por falta deequipo, o impracticable, por ejemplo en zonaspantanosas o en bosques.Esta excavacin puede ser efectuada en diversos tiposde suelo, pero su practicabilidad slo puede serdeterminada mediante pruebas. La cantidad de carga,profundidad y distancia entre taladros deber ajustarseen cada caso a las condiciones propias del lugar. Comoregla general se estima que esta voladura es msefectiva en margas, arcillas hmedas y tierra compacta,mientras que usualmente es inefectiva en arena, gravasy tierra suelta. En todos los casos es importante elsellado de los huecos con taco inerte.Se aplican dos mtodos: convencional y depropagacin, siendo lo usual disparar una sola fila detaladros, por tandas.A. ConvencionalEs el ms empleado, tanto en terrenos relativamentehmedos como en secos. Consiste en prepararpaquetes de explosivo (cargas) con un peso variableentre 0,2 a 0,3 kg que se colocan en huecos espaciadosde 0,6 a 0,8 m entre s (24" a 36"), stos se ubicarn auna profundidad ligeramente mayor que la mitad dela profundidad deseada de la zanja. Cargas mayoresque las necesarias slo producirn un incremento delancho de la zanja. De acuerdo a las condiciones delterreno podr aplicarse Exadit o Semexsa, slo en284CAPTULO 13285CAPTULO 13286EXCAVACIN DE CANALES Y TRINCHERAS(TRENCH BLASTING)Por sus dimensiones geomtricas, localizacin ensuperficie donde se encuentra la roca ms alterada ycambiante, y en algunos casos por su proximidad aconstrucciones, la canalizacin tiende a ser una de lasformas ms variables de voladura. Los canalesnormalmente son angostos y requieren del movimientode la roca a lo largo de su eje, es as que durante suexcavacin, un disparo tendr que romper y moverroca en un largo equivalente a varias veces el burdende la malla de disparo, secuentemente, y en un anchoque slo equivale a uno o dos espaciamientos detaladro, lo que hace necesario un incremento del factorde carga respecto a la usual en banqueo, as tenemosque si este factor es de 400 a 700 g/m3 (0,75 a 1,25lb/yd3) en promedio, en canalizacin ser de 900 a1 500 g/m3 (2 a 3 lb/yd3).Para mejor resultado es conveniente tener en cuentaalgunas recomendaciones y parmetros.A. DimetroDebe ser cuidadosamente determinado para cadatrabajo, as dimetros menores (32 a 45 mm) permitenajustar espaciamientos, lo que es favorable para zanjasangostas, menores a 0,6 m. Por otro lado taladros de50 a 75 mm (2 a 3) pueden crear efecto desobrerotura lateral, proyeccin de fragmentos yvibracin, debido al mayor factor de carga.Normalmente la seleccin del dimetro es uncompromiso entre alta produccin y costo final deltrabajo. Como regla para voladura convencional decanal podemos considerar que:t = (w/60)donde:t : dimetro de taladro a seleccionar, en mm.w : ancho proyectado del canal, en mm dedonde se puede considerar lo siguiente:a. Dimensiones de zanja:Ancho < 1 mProfundidad < 1,5 mDimetro recomendado:32 a 45 mm (1 a 1 ).b. Dimensiones de zanja:Ancho > 1 mProfundidad > 1,5 mDimetro recomendado:50 a 75 mm (2 a 3).B. Burden y espaciado de taladrosEl dimetro de taladro disponible determina al burden;as tenemos por ejemplo:Dimetro de perforacin Burden(pulg.) (cm)< 2 25 > 2 24 Y el espaciado a partir del ancho estimado para laexcavacin de la zanja:Reducindose el espaciamiento en los taladros decontorno en un 20 %.El burden y el espaciamiento, como caso referencial,con taladros de 44 mm (1 ) el espaciamiento noexcede de 0,9 m mientras que el burden puede llegar a1,2 m (4) en voladura convencional el burden no superaal espaciado, mientras que esto en canales puede ocurrir.El ancho del canal debe estar entre 0,75 B y 1,25 B. Siel ancho deber ser menor que 0,75 B, tendr queemplearse taladros y cargas menores con espaciadosapropiados para ellas. Si el ancho deber ser mayorque 0,75 B se necesitar taladro de dimetro grande,o trazo de tres hileras de taladros menores. El radiolongitud a burden: L/B deber ser mayor que 1.C. Profundidad de perforacinEs de mucha importancia para obtener el nivel de fondodel canal, as como para determinar la distribucin decarga explosiva.Cuando se perfora taladros verticales en canales acampo abierto, la sobreperforacin deber ser igual ala mitad del burden, es decir: SP = 0,5 B, con un valormnimo de 0,2 m. El taco inerte de sello deber serigual a la longitud del espaciado entre taladros: T = E.Para mejorar la rotura al fondo y reducir el efecto de golpelateral es recomendable perforar los taladros inclinadoshacia la cara libre, en relacin 2:1 y 3:1, es decir conngulos entre 18 y 26 respecto a la vertical. Los taladrosinclinados reducen la necesidad de sobreperforacin.Los canales de poca profundidad se perforan conmquinas manuales, pero los profundos requieren detrack drills, o de aparejos de perforacin con dos otres mquinas fijadas para perforacin en paralelo,usualmente sobre un tractor, lo que permite hacer hastatres huecos a la vez.Algunas veces los canales profundos en roca duratienen que excavarse por banqueo.D. TrazoLos esquemas de distribucin de taladros ms empleadosson: de simple hilera, de doble hilera cuadrada o alterna(tresbolillo), de triple hilera paralela o alterna, y de cuatroo ms hileras en grandes canales de irrigacin.El disparo de taladros individuales en este caso esincongruente, debindose efectuar por tramos queinvolucran muchos taladros, lo que obliga a aplicaruna secuencia de salidas con retardo que se mueve enuna direccin particular, como una onda, a partir dela cara libre natural, o tambin desde un punto centralen ambas direcciones del eje del canal. En este casose arranca desde una excavacin con corte piramidalo en abanico. Los tiempos de retardo deben seradecuadamente seleccionados para evitarsobrelapamiento, recomendndose detonadoreselctricos o de tipo Nonel.CAPTULO 13287Por razones prcticas se emplea cordn detonante; eneste caso, lo mnimo aceptable es sacar primero lalnea central y despus los flancos mediante retardospara cordn.El disparo total sin estos elementos provocar fuerteconcusin y vibracin que afecta a las paredes delcanal; si ste se ubica en una ladera pueden crearsefisuras negativas en el flanco externo.En lugares cercanos a poblaciones o construcciones elcanalizado se transforma en un verdadero arte devoladura controlada, debindose incrementar losretardos, cargar los taladros con esquemasdesacoplados para voladura amortiguada, y en muchoscasos cubrir el disparo con pesadas mantas de voladura(blasting mats) para limitar la proyeccin de fragmentosy la excesiva vibracin.CAPTULO 13288CAPTULO 13289CAPTULO 13290CAPTULO 13291E. Explosivos. Distribucin de cargasLos explosivos ms adecuados para la excavacin decanales deben tener alta densidad y energa paraaprovechar al mximo la perforacin efectuada, comoes el caso de la Gelatina Especial 75 o el Exagel-E 65.En rocas de mediana resistencia relativamente secaspuede aplicarse Semexsa 65.Si por la naturaleza del terreno se aplican columnasselectivas, las cargas densas de fondo se estiman conla relacin:CF = (0,1 x h) + (0,015 x )donde:CF : carga de fondo.h : profundidad del canal, en m. : dimetro del taladro, en mm.El resto de la columna se llena con Examon-P, de menorpotencia y velocidad, o con los mismos cartuchos dedinamita del fondo, pero de menor dimetro y sin atacar.La carga especfica promedia para roca intermedia conresistencia menor a 120 MPa, y para roca dura, conresistencia mayor a 120 MPa en kg/m3 es de:Roca intermedia Roca Dura(kg/m) (kg/m)Taladros centrales 0,5 a 0,6 0,7 a 0,8Taladros laterales 0,4 0,6En canales grandes se emplea trazo por hileras consiete o ms taladros paralelos y perpendiculares aleje del canal, todos verticales con excepcin de losflancos que sern inclinados para formar el taludde equilibrio del canal.El espaciamiento entre hileras de taladros verticalesser igual y constante, mientras que losespaciamientos entre los taladros inclinados de losflancos sern menores (mitad o un tercio del de losverticales) para lograr un efecto de precorte.Cuando la roca es dura y competente es convenienteintercalar taladros intermedios entre las hileras,pero slo de la mitad de profundidad.La secuencia de salidas ser por banqueo, con iniciopor la fila central.Para taladros de 2 a 3 la carga explosiva sugeridapuede ser un rosario de cartuchos de dinamitasujetos a un cordn detonante, espaciados entre saproximadamente a lo largo del cartucho, pero conun manojo de tres o ms al fondo, o mejor con uncartucho de mayor dimetro como cebo,complementando el l lenado del taladro conExamon.CAPTULO 13292TRABAJOS DE EXPLOTACIN FORESTAL, DEPLACERES AURFEROS, PROSPECCINSISMOGRFICA Y OBRAS CIVILESA. Eliminacin de toconesLas races y tocones de rboles que obstruyan terrenosde cultivo, obras viales, etc., pueden ser eliminadoscon explosivos, aplicndolos de dos maneras: concargas regulares ubicadas bajo las races, o con cargaspequeas introducidas en taladros barrenados en eltronco y races ms gruesas. Para este trabajo se debetener en cuenta algunos parmetros:- El dimetro del tocn.- La edad y especie del rbol.- La naturaleza del subsuelo.- La distancia mxima permisible para proyecciones.a. Cargas bajo las racesGeneralmente de 0,2 a 0,3 kg por cada 10 cm dedimetro del tronco, ubicadas normalmente a 0,5 mdebajo del centro del tocn. Esto en terreno suave ycon madera fresca ya que en tierra dura se requerirmenos carga. El explosivo adecuado es la Semexsa 45,pero si hay exceso de humedad y el disparo va ademorar tendr que aplicarse Semexsa 65 o GelatinaEspecial 75.Para colocar la carga ser necesario hacer un taladro oexcavar una conejera, segn los medios disponibles. Sies difcil colocar toda la carga, ser quiz necesarioampliar el fondo en forma de una pequea cmaramediante el disparo de 1/3 de cartucho. Es importanteque la carga est bien ubicada y sea apropiada, ya quesi el tiro fracasa suele producir una gran oquedad quepuede hacer imposible cualquier voladura posterior.Cuanto ms suave el suelo mayor la oquedad, por loque el efecto es mejor si el terreno bajo el tronco es duro.Las races ubicadas en terrenos pantanosos pueden sermuy difciles de volar, sin embargo no deben colocarsecargas excesivamente grandes ya que stas abrengrandes hoyos y generan proyecciones difciles decontrolar, por lo que en estos casos se debe prevergrandes distancias de seguridad.Los tocones en suelos sueltos, arenosos o en gravarequieren ms explosivo que los que estn en suelosduros, por dos razones; los rboles en terreno sueltodesarrollan races ms profundas y amplias y, elmaterial suelto no proporciona adecuado confina-miento facilitando la prdida de energa. Por otro ladolas races en arcillas o suelos pesados y hmedostienden a ser ms tendidas y menos firmementeancladas, por lo que requieren menor carga.Los sistemas de races varan segn el tipo de rbol ylas condiciones del suelo. Muy simplemente podemoscalificarlos para propsitos de voladura como:verticales profundas, ramificadas de medianaprofundidad, ramificadas superficiales y ramificadasdescentradas. Segn lo cual se tendr que colocar unao ms cargas, o combinar stas con cachorros en elpropio tocn. Las cargas individuales se disparan confulminante y mecha, mientras que en las combinadases preferible iniciarlas simultneamente, con cordndetonante o fulminantes elctricos. Las cargas tienenque ser selladas mediante el relleno de los hoyos,preferentemente con tierra compactada.b. Cachorros o taqueosUn mtodo menos violento consiste en introducir cargaspequeas en orificios taladrados en el tronco, y en lasraces ms gruesas si fuera necesario, para romperloen trozos ms fciles de remover.Las cargas en el tronco pueden consistir de uno doscartuchos de Semexsa o Exadit, dependiendo deltamao del mismo, mientras que las races segn sugrosor requerirn de medio a uno cartucho. staspueden variar considerablemente ya que la resistenciamaterial en los diversos tipos de madera puede sermuy diferente, segn si es fresca o seca.Para los tocones muy grandes o profundos puedecombinarse cargas bajo la raz y cachorros en disparosimultneo. Las plastas como es natural son menoseficientes.El confinamiento por tapn inerte es menos exigenteque en la voladura de pedrones.CAPTULO 13293B. Corte de troncosIndudablemente que resulta ms econmico y precisocortar troncos y rboles con sierra y hacha, como sehace normalmente en maderera, pero cuando se hacenecesario despejar reas de bosque para trabajosespeciales o urgentes, como abrir trochas viales,controlar incendios, preparar plataformas paraexploracin petrolfera o para instalaciones deexplotacin de oro en selva, con altos explosivos sepuede cortar rboles fcil y rpidamente, pero con elinconveniente que este mtodo los desgaja y astilla,deteriorndolos en parte.El explosivo debe ser brisante y rpido, y por lo generalresistente al agua, sobre todo en la selva, resultandoadecuadas la Semexsa 65 o la Gelatina Especial 75,segn las condiciones.La cantidad de carga depender del dimetro deltronco o del ancho de la cara plana si se trata de unaviga, y del lugar donde se coloca la carga. Como reglageneral se requiere aproximadamente medio kilo deexplosivo para cortar un tronco de 15 a 20 cm dedimetro, si est seco, pero si est hmedo o se tratade un rbol en pie esta carga se tiene que incrementaren 1/3 ms (20 a 25%). En la prctica se puede calcularbasndose en la relacin dimetro al cuadrado encentmetros igual a la cantidad de carga en gramos,EjemploPara un tronco de 25 cm de dimetro:()2 = (25)2 = 625 gSi la madera est hmeda se aumenta 1/3 ms, o sea:4()2 = 4 x 625 = 833 g,3 3que prcticamente sern 850 g.Para este trabajo se practican 3 modalidades: cargasexternas simples, cargas externas opuestas y cargas internas.a. Cargas externas simplesA modo de plastas, con cartuchos enteros simplementeamarrados al tronco o como masa moldeada concobertura de arcilla, que normalmente se disparan confulminante y mecha. Debe tenerse en cuenta laCAPTULO 13294concusin del aire y que el rbol tender a caer endireccin hacia el lado donde se ha colocado la carga.Para dimetros mayores se puede aplicar la siguientefrmula prctica:Carga externa:C = ()2 , en libras40o tambin:C = ()2 x 0,454,40Para obtener la carga explosiva en kilos; adems eldimetro se expresa en pulgadas como es costumbreen maderera.EjemploClculo de carga externa para un tronco de 20 dedimetro:C = (20)2 x 0,454 = 4,5 kg40Otra modalidad es el corte de troncos con cordndetonante, hasta un mximo de 15 cm de dimetrodonde por cada centmetro de dimetro se requiereuna vuelta de cordn. Ejemplo: para un tronco de10 cm de dimetro, entonces se requerirn 10 vueltasde cordn. Este mtodo permite cortar varios troncossimultneamente con un solo encendido.b. Cargas externas opuestasConsiste en colocar dos plastas en las caras opuestasdel tronco, sujetadas con cordn detonante para queestallen simultneamente. Estos deben tener exactamentela misma cantidad de carga, es decir la mitad de lo quese utilizara en una carga simple. El mtodo se basa enque las ondas de choque opuestas se concentran en elcentro del tronco donde actan juntas.c. Cargas internasSi el explosivo se coloca en el interior del tronco, enuno o ms taladros perforados con un berbiqu obarrenadora, la carga necesaria ser tan slo de unaquinta parte de una carga externa simple, que puedecalcularse tambin con una frmula emprica:C = ()2 , en libras de explosivo250O tambin:C = ()2 x 0,454250Para obtener la carga explosiva en kilos; expresndosetambin el dimetro en pulgadas.EjemploClculo de carga interna necesaria para cortar untronco de 15 de dimetro:C = (15)2 x 0,454 = 0,41 kg 250Si un solo taladro no es suficiente para contener lacarga explosiva necesaria, se perforar dos o ms acorto espacio de separacin (espaciamiento), perodispuestos en ngulo recto entre s. Se disparansimultneamente.Para mayor eficacia los taladros deben perforarseoblicuamente respecto al eje del tronco, siendo unngulo ideal de 30, de modo que el fondo del mismoquede ubicado aproximadamente a 1/3 de distancia(en referencia al dimetro) de la cara opuesta, desdedonde se inici el taladro. En este caso la longitud debeser no menor a la del dimetro del tronco, y la columnade carga deber ocupar entre 2/3 y 3/4 de dichalongitud.Los disparos individuales se efectuarn con mecha yfulminante.CAPTULO 13295En el caso de perforarse taladros perpendiculares aleje del tronco la carga puede resultar insuficiente si eldimetro es grande, por lo que se distribuir en dos oms taladros, los que deben perforarse a pocoscentmetros de distancia entre s (espaciamiento) yorientados a 90. El disparo preferentemente sersimultneo.C. Hoyos para plantaciones y aflojamiento desuelosUna buena manera de preparar suelo para plantarrboles es mediante voladura de hoyos. Este mtodoahorra tiempo y trabajo, pero mucho ms importantees que afloja el terreno en un amplio radio, facilitandosu creacin y humedecimiento, lo que permitir mejorpenetracin de las races. Este mtodo muestra ven-tajas en proyectos de forestacin o de rehabilitacinde suelos, donde sea difcil el acceso de maquinaria.Mejores resultados se obtienen en terreno seco, ya quesi est hmedo, en especial cuando se trata de arcillas,la explosin tender a crear una oquedad y acompactarlo, lo que es inconveniente.Lo usual es perforar un taladro de 1,0 a 1,2 m deprofundidad con una barreta o con un agujereadorpor hincado, soltarle al fondo medio o un cartuchocebado de Exadit 45 o Semexsa 65, que se tapona contierra suelta o arena, sin atacado. Su disparo aflojarel suelo y abrir un hoyo cnico en el que se plantarel arbolito o gajo procedente del almcigo.D. Aflojamiento de suelosMuchas tierras que han sido labradas por aos llegana compactarse reduciendo su permeabilidad, lo quedisminuye su reserva natural de humedad y por tantosu productividad. sta se recupera normalmente conun ripado profundo mediante un tractor con uaescariadora, pero cuando no es factible conseguirlo,puede sustituirse por aflojamiento con explosivos. Eneste caso se practicarn taladros semejantes a losmencionados anteriormente espaciados entre 4 y 10 m,dispuestos en hileras reticuladas, y con cargascolocadas entre 0,8 y 1 m de profundidad.Dadas las grandes diferencias de tipos de terreno espreferible hacer pruebas previas en cuanto a cantidadde carga y distancias entre taladros, pero como unaidea de lo econmico que resulta el mtodo versuscombustible, tractor, hectreas; con una caja dedinamita de 25 kg, cargando a medio cartucho portaladro y espacindolos a 10 m entre s, podr aflojarseCAPTULO 13296hasta 4 hectreas de terreno compactado. El consumode fulminantes y mecha depender del nmero detaladros a disparar.El aflojamiento de suelos compactados se aplicatambin para facilitar la remocin mecnica de lodoscementados, grava, aglomerados y otros, queusualmente forman la matriz de los yacimientos de tipoplacer aluvial de oro, estao y otros metales pesados,donde este material es excavado y levantado conbulldozers y cargadores frontales para tamizarlohidrulicamente en tromells, zarandas y canaletas,donde se separan por gravedad los elementos valiosos.Si el material est muy compactado y las mquinas nopueden aflojarlo, se abren hoyos de 1 a 2 m deprofundidad donde se colocan cargas de 2 a 5cartuchos, amarrados, cebados con un solo fulminante-mecha y confinados con un tapn de tierra,preferentemente de toda la profundidad del hoyo.El nmero de hoyos y la cantidad de carga dependerde las condiciones de cohesin del terreno y de lapotencia de las mquinas disponibles. Comousualmente estos terrenos tienen cierta saturacin deagua se tendr que proteger las cargas con bolsaplstica, no siendo recomendable Examon o similares.Las cargas pueden ser unitarias o estar divididas enpartes (decks).Si el terreno es muy duro y slo se dispone deherramientas de perforacin para pequeo dimetro,se podr aplicar la tcnica de ensanche del fondo deltaladro con pequeas cargas de explosivo (Buffering)lo que permitir colocar una carga mayor.CAPTULO 13297VOLADURAS DE APOYO PARA SERVICIOSPBLICOS PERFORACIN DE HOYOS PARAPOSTES Y PLANTONESEl tendido de postes para lneas de transmisin,telefona y otros frecuentemente debe efectuarse sobreroca o terreno inapropiado, lo que hace necesarioexcavar hoyos o agujeros para plantarlos,generalmente sin disponer la maquinaria o equiposadecuados para ello. En este caso el empleo dedinamita es una solucin para facilitar y acelerar suexcavacin. Consideramos dos casos:A. Hoyos para postes convencionales y deemergenciaSu mayor dificultad radica en perforar un taladro inicialde pequeo dimetro, ligeramente ms profundo queel hoyo que se quiere excavar, especialmente si no secuenta con maquinaria perforadora. En terreno suaveesto puede hacerse con un barreno helicoidal manual,o con un agujereador por hincado, que consiste en untubo acerado que tiene asideros o mangos en elextremo superior y que termina en una puntaachaflanada en el inferior, que permite agujerear elterreno por hincado sucesivo. Ambas herramientasdeben tener dimetro mayor que el de los cartuchos(25 a 36 mm). En roca intermedia y dura tendr queemplearse combo y cincel (punta acerada).En todos los casos se debe quitar primero el materialsuperficial suelto a la mayor profundidad posible y aldimetro completo del hoyo deseado.a. Hoyos pocos profundosSe debe perforar un taladro pequeo a lo largo deleje del hoyo requerido, hasta la profundidadaproximada que se necesite, cargndolo con uncartucho (o fraccin) de Exadit, cebado con fulminantey mecha y taponndolo para asegurar buenconfinamiento. La voladura aflojar material durofacilitando su retiro con una pala.b. Hoyos profundosEn roca suave a intermedia: El taladro inicial debe serde 15 a 20 cm ms profundo que el hoyo deseado. Lacarga se prepara cortando cartuchos de Exadit oSemexsa en trozos de 5 a 10 cm que se atan a uncordn detonante como en un rosario (el espaciadoentre trozos deber determinarse por tanteos), la cargacompleta se baja dentro del taladro de tal modo quela parte superior de la columna explosiva quede a unos50 cm por debajo de la superficie del suelo, se cebacon fulminante y mecha y se tapona, luego se dispara.En este caso la perforacin requerir de una mquinamanual con motor propio a gasolina, tipo cobra o unajack hammer con compresora rodante.De acuerdo a la cohesin del terreno puede sernecesario cargar la columna completa con cartuchosenteros, en forma convencional.En estas condiciones si el disparo ha sido bien calculadoy ejecutado, la explosin expulsar al material voladopor la boca mientras que al mismo tiempo presionarlas paredes del hoyo, compactndolo.CAPTULO 13298En roca dura: Para este caso con punta y combo seperfora un pequeo taladro, de 30 a 45 cm (12 a182), que se carga con un cartucho entero cebado ytaponado, que se dispara en forma convencional. Lavoladura quebrar la roca hasta la profundidadcompleta del taladro, entonces se remueve la rocasuelta y se repite la operacin de perforacin-disparotantas veces como sea necesario hasta terminar el hoyo.Se debe tener cuidado con la proyeccin de fragmentosy con la craterizacin por exceso de carga ya que eneste caso el hoyo no ser lo suficientemente compactoy formado como para soportar al poste.B. Hoyos para pilotes y postes de alta tensinPara el tendido de lnea de transmisin de alta tensinsecundaria se utiliza postes de madera, concretotensado y tubos de acero de ms de 30 cm (1) dedimetro y gran peso. Asimismo en construccin civilse emplea pilotes de concreto o vigas H de acero,que tienen que ser clavados y fijados slidamente.Hacer hoyos con explosivos para fijar estos elementoses problemtico porque a menudo la voladura resultaen un crter, que no garantiza la estabilidad del postesi no es rellenado y cementado, con mayor gasto.Por tanto, la voladura de hoyos en estos casos debeser comparada con la de un arranque de tnel conuna sola cara libre.Para hoyos con un dimetro de 50 cm o ms el mejordiseo aplicable es el de corte quemado con taladrosparalelos, que tiene la ventaja de proporcionar unhueco bien delimitado, que inclusive puede serefectuado con diferentes ngulos de inclinacin.El mejor resultado se obtiene cuando el hoyo se disparaen una sola onda con detonadores de retardo, consecuencias de 25 a 50 ms, siguiendo un patrn clsicode corte quemado. Si no se cuenta con retardos y lostaladros se tienen que disparar con mecha y fulminantesimple, se debe mantener el mismo orden de salidaspara el chispeo de encendido.El explosivo recomendado para conseguir la alta cargaespecfica y efecto brisante que requiere esta voladuraes la Semexsa, salvo que se trate de una roca muytenaz o muy saturada de agua donde ser necesarioaplicar una Gelatina Especial. el empleo de Examon oANFO para estos hoyos no es conveniente por su fuerteefecto expansivo, que puede facilitar la craterizacindel hoyo.CAPTULO 13299Como el hoyo debe quedar bien delimitado, segn eltipo de terreno ser quiz necesario cargar los taladrosperifricos con el esquema de voladura amortiguada,mientras que los del centro s debern cargarse enforma convencional con buen acoplamiento yconfinamiento para que trabajen con mayor energa.CAPTULO 13300Ensanche de taladros por disparo(Chambering)El fondo de un taladro de pequeo dimetro, talcomo los de diamondrill o wagondrill puede serampliado disparando una pequea carga dedinamita (1 2 cartuchos) mediante fulminante ymecha. Como el burden resulta demasiado ampliopara que esta carga rompa la roca, su efecto se verrestringido a crear una pequea oquedad o cmara,la que podr acomodar despus a mayor cantidadde explosivo.Esta carga no se taquea ni tapona, de modo que elmaterial pulverizado por la explosin pueda serexpelido por la boca del taladro como un soplo dedetritus, dejando la cmara limpia.Si es necesaria mayor expansin de la cmara, se repitela operacin, teniendo bien en cuenta que sta debehaberse enfriado antes de volver a colocar explosivo.Esta tcnica se emple aos atrs para aumentar lacapacidad de carga de los taladros de banqueo cuandoan no se dispona de mquinas perforadoras paragran dimetro (4 a 12 de dimetro), y an tieneaplicacin en casos particulares donde la relacin dedimetro a profundidad y carga no se pueda cumplir.Como en toda voladura, la calidad de la roca tendrinfluencia en su mejor resultado.CAPTULO 13301CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 14O 14O 14O 14O 14302303extremo inferior tiene una broca o corona anularescariadora, y otra interior o barra extensible, quecomprende a un varillaje normal acoplable conmanguitos y broca convencional en cruz.El tubo y el varillaje se conectan al martillo medianteun adaptador de culata especial que transfiere larotacin y percusin o ambos.Trabajan de tal modo que, mientras la barra interiorperfora el taladro de voladura en toda su longitud, laexterior hace una muesca de algunas pulgadas en laroca base, donde se emboquilla firmemente. Alterminar de perforar el taladro se extrae la barra interiory en su reemplazo se introduce un tubo o manguera(funda casing), por el que se inserta los cartuchos einiciador desde la superficie, retirndose finalmente labarra exterior. Los detritos de perforacin se retiran porbarrido central con agua-aire comprimido.Este mtodo evita el ingreso de material de la sobrecapaal interior del taladro, y facilita la colocacin de lacarga explosiva.Mtodo ODEX (overburden excentrical drilling)En este otro caso el trabajo se efecta con una solabarra que en su extremo inferior tiene un cabezalespecial, compuesto por una broca normal de botonespara la perforacin del taladro propio de voladura,seguida por otra broca escariadora de cuerpo cilndricoy desplazamiento excntrico, que amplia el dimetrodel taladro cuando el conjunto gira en un sentido, paradar cabida a un tubo exterior de forro que desciendetras la broca excntrica a medida que avanza laperforacin. El entubado se efecta de por s debido alas vibraciones de la barra y al propio peso del tubo.Una vez alcanzada la profundidad prevista en la rocabase, se gira el conjunto en sentido contrario de modoque la broca escariadora se retrae, volvindoseconcntrica, pudiendo as extraerse el cabezal por elinterior del tubo de revestimiento, que se ha asentadoen la muesca escariada. A continuacin se introducela barra con broca convencional y se contina laperforacin en la roca basal. Los detritos se expulsanpor barrido con agua-aire comprimido.La carga explosiva en los taladros de voladura bajocubrimiento tiene que ser mayor a la carga equivalenteen bancos libres, pudiendo llegar a duplicarse deacuerdo al espesor de la sobrecarga. La carga se ubicanormalmente en el tramo de roca y debe tener suficienteenerga como para romperla y al mismo tiemporemover y levantar la cobertura. En algunos casos setendr que colocar cargas adicionales espaciadas enel tramo de la sobrecapa.Cuando la voladura es sobre cuerpos mineralizadosde buena ley, se debe tener cuidado con la profundidadde los taladros de desbroce, para evitar la dilucin delmineral con el material estril de la sobrecapa.CAPITULO 14EXPLOSIVOS EN LA INDUSTRIA PETROLERAS e entiende como tales a las voladuras de rocasque no tienen acceso directo para su perforacin ycarga, por estar cubiertas por materiales detrticos noconsolidados y disgregables, o por estar bajo agua.Voladura bajo cobertura de materilal detrticoTambin denominada voladura de desbroce, es la quese efecta para desencapar los depsitos minerales ode rocas comerciales que van a ser explotados por tajoabierto, sea cuando esta capa de desmonte es muygruesa, o cuando presenta dificultad para ser retiradadirectamente con excavadoras mecnicas y volquetes.Este material detrtico, usualmente suelto y heterogneo,no permite la consolidacin de los taladros que estnsiendo perforados, los que se cierran o desmoronan nibien se terminan de abrir, imposibilitando cargar ycebar los explosivos en la parte del taladrocorrespondiente a la roca competente subyacente, quees la que realmente requiere el explosivo.Para atravesar esta cobertura y salvar las dificultadescitadas se puede aplicar los siguientes procedimientos,segn la cohesin y espesor del material:a. Con medios manuales excavar un hoyo hasta dejarexpuesta la roca, la que despus se perfora conuna mquina convencional, trackdrill o similar. Seentiende que la capa tendr poco espesor.b. Perforacin en doble etapa; consiste en perforarprimero la sobrecapa con una mquina depercusin churn drill como las utilizadas para pozosde agua, hasta llegar a la roca base. Para evitar elcolapso de las paredes de este taladro de grandimetro (150 a 300 mm) se forra interiormenteintroduciendo hasta el fondo un tubo de cartn,fibra o metal (casing tube) de dimetro cercano aldel hueco abierto. La segunda etapa consiste enperforar el taladro de voladura en la roca basecon una mquina convencional de rotacinpercusin tipo trackdrill o down the hole (50 a 150mm), bajando la barra de perforacin por el huecoforrado. Este sistema tiene el inconveniente de querequiere dos equipos de perforacin diferentes.c. Perforacin en una etapa: Se evita la complicacinde utilizar dos mquinas y un tubo casing que secoloca en forma independiente de la operacinde perforacin, a veces con mucha dificultad,empleando equipos que perforan, riman y entubanal mismo tiempo, como los denominados OD yODEX.Mtodo OD (overburden drilling)En este caso la perforacin por rotacin-percusin seefecta mediante un equipo con doble barra, unaexterior hueca o tubo exterior de revestimiento en cuyo304De acuerdo al cuadro las operaciones bsicas deaplicacin del sistema son:1. La tubera de revestimiento con o sin el varillajeinterior atraviesa simultneamente el recubrimiento.2. La corona externa avanza unos centmetros cuandose alcanza el substrato rocoso.3. Se perfora con el varillaje interior, siempre que enel transcurso de dicha operacin no se atraviesenniveles con material descompuestos o arenosos,en cuyo caso se descendera al mismo tiempo latubera exterior.4. Se termina de perforar el substrato de roca.5. Se extrae el varillaje extensible.6. Se introduce la tubera de plstico para la cargadel explosivo.7. Se extrae la tubera de revestimiento.8. Se deja emboquillada la tubera para introducir elcebo y adems los explosivos hasta el fondo deltaladro al nivel de la roca a volar.CAPTULO 14305VOLADURA BAJO AGUATambin denominada subacutica o submarina, es laque se efecta sobre un terreno o una estructura parcialo totalmente cubierta por agua, a cualquierprofundidad.Se aplica para excavacin de fondeaderos, drenajede canales, eliminacin de crestones de rocasumergidos o restos de naves siniestradas que presentenriesgo para la navegacin, excavacin de zanjas paratendido de oleoductos en el lecho de ros y lagunas,excavacin de bases para puentes, demolicin deestructuras portuarias, anclaje de pilotes y otros.Por sus condiciones requiere mucho cuidado en laplanificacin y ejecucin, teniendo en cuenta quecualquier falla suele ser muy difcil de subsanar. Laperforacin y carga son particularmente complicadas,requiriendo personal experimentado para su ejecucin.Entre sus peculiares requisitos tenemos:a. Necesita de mtodos y equipos de perforacinespeciales.b. Los procedimientos de carga de explosivo difierende los de superficie.c. Requiere mayores factores de carga para poderromper y desplazar la roca, la sobrecapa y el agua.d. Exige explosivos y accesorios con muy buenaresistencia al agua, adems de sistemas deiniciacin seguros y confiables.e. Obliga a un cuidadoso control del efecto de lasondas de choque y vibraciones, en especial cuandose debe disparar cerca a instalaciones y naves.El efecto de la presin hidrosttica obliga a incrementarla carga explosiva entre 3 y 6 veces con respecto alconsumo especfico en bancos de superficie, comoejemplo a profundidades de 10 a 12 m o sea a unaatmsfera ms de presin que en la superficie, el factorde carga puede variar de 0,9 kg/m3 hasta un nivelentre 1,8 y 2,0 kg/m3.Para contrarrestar el efecto natural de confinamiento,el burden entre taladros tendr que disminuirse entre0,5 y 0,8 del que se emplea para la misma roca ensuperficie y la sobreperforacin por lo contrarioincrementarse de 0,8 a 1 veces de burden (20% a 30%de la longitud del taladro) para evitar tener que hacerotra voladura de repaso.La inmersin prolongada en agua obliga a emplearexplosivos y accesorios especialmente resistentes a suefecto hidratante, con alta potencia y brisance paravencer el confinamiento y capaces de mantener susensibilidad a pesar del efecto aplastante de la presinhidrosttica que tiende a insensibilizarlos.Teniendo en cuenta este aspecto, no es convenientetampoco que sean tan sensitivos como para propagarla onda de choque entre taladros, afectando lafragmentacin y creando fuerte vibracin.Entre las dinamitas la Gelatina Explosiva, Gelignita yGelatina Especial 90 cumplen estos requerimientos,siendo la Gelignita la ms corrientemente utilizada entrabajos submarinos a gran profundidad, igualmentelos hidrogeles Slurrex y emulsiones puras se aplicancon buen resultado por su excelente resistencia al agua.En caso de necesidad tambin se puede aplicarexplosivos menos sofisticados como Gelatina Especial75 y Semexsa 80 debidamente protegidos siempre quela profundidad no exceda de 10 m y que el tiempo deexposicin sea corto, pero teniendo en cuenta que sumenor rango puede resultar en la necesidad de tenerque efectuar voladura secundaria correctiva, totalmenteinconveniente. De preferencia no se debe quitar laenvoltura de los cartuchos.IniciacinEs imperativo que el sistema de inicio sea seguro,eficiente y fcil de manipular. Desde que la voladurabajo agua requiere de salidas con retardo enmilisegundo para lograr una apropiada rotura ydesplazamiento, se prefiere el uso de detonadoreselctricos y no elctricos tipo Nonel, al de cordndetonante acutico.La iniciacin elctricaPor ser delicada requiere de un control previo completo,con medicin de los detonadores por separado y delas series en conjunto, no slo de las resistencias sinode las prdidas de corriente, lo que requiere de muchaprctica por parte del personal encargado de sumanejo.En voladura submarina el agua debe considerarsecomo una solucin electroltica que facilita las prdidasde corriente, lo que es riesgoso para la operacin, porlo que todos los empalmes y conexiones deben dejarsepreferentemente fuera del agua, sobre pequeosflotadores, sujetos con cordeles, etc., pero en caso deser necesario tenerlos en el agua debern colocarsedentro de una manga o cajita absolutamenteimpermeable (la cinta aislante corriente no essuficiente).Deben utilizarse detonadores elctricos especialmentediseados para voladura bajo agua, fuertes, aisladose impermeables como los de tipo VA-OD de doblecpsula y doble aislamiento. Los cables conductoresdeben resistir los considerables esfuerzos a los que sesomete el sistema bajo el agua, en especial si est enmovimiento.Los detonadores no elctricos de shock, como los detipo Nonel OD equivalentes a los VA-OD, tienen laventaja de reemplazar los cables elctricos por un tubode shock plstico, ntimamente sellado con sudetonador, lo que los hace impermeables. Comoadems no tienen el problema de prdidas de corriente,su empleo se viene incrementando ltimamente endetrimento de los elctricos; sin embargo se debe tenermucho cuidado con los empalmes. Estos detonadoresse fabrican con perodos de retardo similares a loselctricos VA-OD, que usualmente varan en rangosde 25 ms.CAPTULO 14306Por lo general, cuando se usan detonadores elctricoso de tipo Nonel se recomienda colocar dos por taladro,especialmente en las cargas a gran profundidad, paraasegurar la salida del disparo.El cordn detonante acutico, se utiliza con frecuenciapara voladuras simultneas, especialmente en plasteo,pero la dificultad para obtener retardos precisos entrehileras adems de problemas de cortes causados porcordones que se cruzan y tocan en el momento de ladetonacin debido al movimiento del agua, vienendisuadiendo cada vez ms de su empleo para voladurasimportantes. La mecha de seguridad, a pesar de surelativa resistencia al agua por el forro de plstico, esinadecuada para voladura bajo agua.El espaciamiento entre los taladros puede ser igual alburden (malla cuadrada) en disparos simultneos, perosi se va a emplear retardos el espaciamiento deberser aproximadamente 1,4 veces el burden para limitarel efecto de detonacin prematura entre taladros porsimpata.Aparte de estos sistemas convencionales se handesarrollado otros para casos especficos, como losdetonadores activados por presin domin (ICI) quepermiten iniciar voladuras en aguas profundas, conmayor seguridad, menor tiempo y menos costo de laoperacin en conjunto. Este sistema requiere la simpleexplosin de un taladro bajo el agua para crear unaonda de choque expansiva que iniciar la detonacinen cadena de los otros taladros por simpata, eliminandola necesidad de preparar larga y engorrosas conexionesde cables, tubos Nonel o cordn detonante.Con este mtodo un solo taladro se ceba en formaconvencional con detonador o cordn, y an esto puedeser obviado en zonas profundas ya que tambin enonda de choque puede ser generada por una cargaexplosiva suspendida desde una boya y detonada enel agua por encima de los taladros a disparar, quesern activados mediante un cebo de Pentolita colocadoen la boca de cada uno y en el cual est insertado undetonador de presin domin. Este artificio es seguro,no se arma hasta no alcanzar una profundidad de 10metros (ajustable) y requiere una presin mnima mayorde 1 000 psi (6.895 kg/m2) por lo que su cota detrabajo est entre 100 y 200 m (hasta 600 m conalgunos ajustes especiales de fbrica).Recientemente se ha experimentado un sistema deinduccin electromagntico (Nissan-RBC) en el quecada taladro se inicia mediante un mini explosorconectado a un detonador elctrico, que en conjunto secolocan en el interior de un cartucho de Gelatina Especialpara formar el cebo. Cada explosor adems de la bobinareceptora tiene un diodo rectificador, un condensador parala chispa de disparo y su switch electrnico.El elemento activador central consiste en un osciladorde ondas de alta frecuencia con su antena de cuadropara emitir una corriente de excitacin, que se instalaen una lancha o cercanamente en tierra.Para activar el sistema, se encierra con la antena elrea a ser disparada formando un gran lazo, extendidoen la superficie del agua mediante flotadores. Alaplicarle una corriente elctrica de baja frecuenciadesde una base remota, se crea un campoelectromagntico alternante a travs del plano del lazode la antena, que es recibido por la bobina de cadaexplosor ubicado en los taladros.El potencial elctrico alterno inducido en la bobinareceptora se rectifica a directo en el diodo y se almacenaen el condensador como energa elctrica para activaral detonador.El condensador se satura con carga en unos 60segundos. Al interrumpirse intencionalmente la corrientede baja frecuencia de la antena el circuito de disparose cierra automticamente por el switch electrnico, yla carga del condensador pasa al detonador elctricodisparndolo. Naturalmente que el orden de salida delos taladros estar dado por los elementos de retardopropios de cada detonador.Procedimientos de voladuraLa voladura bajo agua se efecta por dos procedimientos:con perforacin y por plasteo o concusin.a. Voladura bajo agua con perforacinLa perforacin puede realizarse con diversos mtodos,sea con buzos y una perforadora pequea enteramentesumergidos, o mediante aparejos de perforacinespeciales montados sobre balsas enteramente desdesuperficie. Las condiciones generales para perforacin,carga, cebado y disparo, as como para la posteriorremocin de los detritos son difciles, especialmenteen los lugares con fuertes corrientes de agua o grandesolas.La perforacin subacutica aun con mquinasespeciales presenta serias dificultades, como las demantener fijo el propio equipo sobre el lugar a perforar;el emboquillado y alineamiento de los barrenos; lanecesidad de un buzo y plantillas para replantear eltrazo de perforacin; el arenamiento de los huecosrecin abiertos; la colocacin de las cargas explosivaso instalacin de los sistemas de iniciacin bajo elmovimiento del agua, ms la necesidad de hacer unmayor nmero de taladros por m3 a mover, hace quela perforacin con medios convencionales seainoperable, por lo que se practica con alguna de lassiguientes maneras:1. Por perforacin y carga con mquinasconvencionales adaptadas para trabajo bajo agua,sea martillos de mano o perforadoras de oruga(trackdrill) operadas por buzos. Adecuada parapequeas operaciones a baja profundidad que norequieran alto rendimiento. Adems del sellado delos mecanismos de mando se requiere adicionaruna manguera al martillo para expulsar el aireutilizado a la superficie.CAPTULO 14307Los inconvenientes mayores son: el arenado de lostaladros; la mala visibilidad debido a la turbidez delagua provocada por la misma operacin; sulimitacin prctica y econmica a excavaciones depoca profundidad de taladro en reas limitadas desuperficie (50 a 100 m2) y de poca profundidad bajoel agua (10 a 15 m); la necesidad de operadoreshbiles; el corto ciclo de trabajo y su alto costo.Para el trabajo con trackdrill u otro tipo de carrosmviles la topografa del fondo debe ser regular ysuave, libre de lodo y fango.2. Perforacin con mquinas convencionales desdepedraplenes. Donde el agua no sea profunda (3 a 5 m),puede resultar econmicamente ventajoso prepararun pedrapln sobre el rea a ser volada, utilizandopiedras sueltas que se acomodan para formar unaplataforma cuya superficie llegue un poco ms arribadel nivel del agua. La perforacin y carga se efectandesde la plataforma atravesando el pedrapln conbarreno entubado. en el clculo de carga explosivapara los taladros en la roca, debe considerarse unincremento para vencer la presin del agua ms elpeso del pedrapln.3. Perforacin desde superficie, con aparejosmontados sobre balsas, (pontones o plataformasautoelevables).No existe un diseo estndar para estas estructurasya que su tamao, forma y facilidades disponibles abordo (compresoras, generador, servicios, etc.)dependen de la envergadura del trabajo y de lascondiciones del medio (oleaje, mareas, etc.) por loque generalmente se construyen para un trabajoespecfico y se desmantelan cuando ste termina.La finalidad que se persigue con estas estructuras esrealizar el mximo nmero de taladros y operacionesdesde las mismas, independientemente de lascondiciones reinantes en el lugar de trabajo.Las perforadoras suelen ir montadas en torres omstiles para trabajos a profundidad con barrenoslargos. Tambin se puede montar varias mquinasjuntas sobre un caballete corredizo, para aumentarla productividad de perforacin en aguas pocoprofundas. Estos aparejos pueden ubicarse a un ladodel pontn o al centro del mismo. El mayor problemaen perforacin subacutica es mantener elalineamiento de los barrenos y el emboquillado.Normalmente se emplea perforadoras del tipo ODy ODEX descritas anteriormente para lasperforaciones bajo recubrimiento, o el mtododenominado kelly bar, aplicable cuando la roca estbajo recubrimiento de material no consolidado. Paraello desde el pontn se baja un tubo pesado, deacero, de dimetro ligeramente mayor que el de labroca de perforacin (102 a 152 mm), el mismoque se asienta en el piso y sirve de gua para elbarreno. Conforme la perforacin avanza el tubose hunde en la sobrecapa hasta llegar a la superficiede la roca, actuando como un forro casing queimpide el ingreso de detritos al taladro; terminadala perforacin se retira el barreno y se carga eltaladro por el mismo tubo, finalmente se levanta eltubo para ubicarlo en nueva posicin y perforar otrotaladro.Un sistema similar emplea una barra hueca conbroca anular en lugar del tubo kelly, para ello sebaja primero una pata soporte que sirve de guapara el barreno perforador, cuando el taladro se haperforado, se retira el barreno convencional y se bajala barra hueca que rima hasta el fondo del taladro,luego se carga el explosivo por la misma barrahueca, que se va extrayendo conforme se baja lacarga.Trazo y cargaLa mayora de trabajos bajo agua se presentan comovoladuras de banco, zanjas para dragado y huecos deanclaje. Estos ltimos como excavaciones de recortecon caractersticas de confinamiento que los semejana frontones estrechos con la agravante de la presinhidrosttica, por lo que requieren alta carga especfica.El resultado de la voladura sin cara libre depende delcorte de arranque; de ah la importancia de la calidadde perforacin. Los trazos en general son similares alos aplicados en superficie, teniendo en cuenta que sedebe mantener menor distancia entre los taladros yaumentar la sobreperforacin, por la tendencia delfondo a formar lomos. Los cortes con taladros inclinadosson menos problemticos que con verticales.La cargaEs una operacin difcil sobre todo en aguas movidas.La presin que debe efectuarse por la contrapresindel agua, por ello es conveniente emplear tubos o guasemboquilladas para bajarlos desde la superficie (porseguridad el cebo debe ser el ltimo en bajar). En rocasmuy fracturadas, incompetentes o con oquedades lacarga de cartuchos sueltos individuales puede noresultar adecuada, siendo preferible enfundarlospreviamente en tubos plsticos.Normalmente los taladros se cargan a columnacompleta, hasta el tope, para incrementar la energaya que el agua acta perfectamente como tapn. Sifuera necesario la carga puede reducirse en los taladrosperifricos para evitar el efecto de crter.Factores de carga y parmetros de trazoComo referencia, el consumo especfico de explosivoen bancos de superficie (kg de explosivo/m3 de materialvolado) para diferentes tipos de roca vara entre:Calidad Factor de cargade roca (kg/m3)Maciza, tenaz, resistente 0,6 a 1,5Intermedia, menos resistente 0,3 a 0,6Muy fracturada o alterada, 0,1 a 0,3suave, friableCAPTULO 14308La carga especfica promedio en bancos de superficiecon cara libre es de 0,5 kg /m3; bajo agua es de 1,0kg/m3 (en rocas tenaces con alto confinamiento aprofundidad puede llegar hasta 2,5 a 3 kg/m3), estealto factor se considera tambin como margen deseguridad, ya que si un taladro no detona (lo que esusual bajo agua) el adyacente trabaja manteniendoun factor promedio de 0,5 kg /m3 en esa rea.Para asegurar la fragmentacin bajo la presin delagua y la cobertura (si la hay) este factor de cargaespecfica se tiene que incrementar en:a. 10% para taladros verticales, resultando en 1,10kg/m3.b. La presin de agua se compensa agregando 0,01kg/m de columna de agua (ha).c. La presin de la sobrecapa se compensa agregando0,02 kg/m de columna de material (hmr).d. Para la seccin de roca, la compensacin ser de0,03 kg/m3 por metro de altura de roca (hr), de talmodo que la carga especfica empleando elexplosivo denso para agua (Gelatina Especial,Slurrex, etc).La carga especfica ser:- Para taladros verticales:Ce = 1,10 + (0,01 x ha) + (0,02 x hmr) + (0,03 x hr).- Para taladros inclinados:Ce = 1,0 + (0,01 x ha) + (0,02 x hmr) + (0,03 x hr),que tambin puede determinarse por la relacin:Ce = 0,5(kg/m3) + 0,1(kg/m3) x hedonde:he : altura equivalente de la columna de agua ydel material de recubrimiento, expresadoen altura de roca, o sea:he = a x (ha x mr ) x hmr + (hr) r rsiendo:a : densidad del agua.mr : densidad del material de recubrimiento.r : densidad de la roca.ha : altura de la columna de agua.hmr : altura de la columna de recubrimiento.hr : altura de la columna de roca.Concentracin linear de carga: (q)Es la cantidad de carga explosiva por metro de taladro,que se determina por la relacin:q = f ( x e x P)donde:f : factor de fijacin (de Languefors):Tipo de taladro Factor fVerticales 1,00Inclinados en relacin 3:1 0,90Inclinados en relacin 2:1 0,85 : dimetro del taladro, que puede determinarseaproximadamente basndose en la profundidadde excavacin proyectada (si no se conoce deantemano):Profundidad de Dimetroexcavacin(m) (mm)0 a 3 302 a 5 403 a 8 515 a 15 706 a 20 100e : densidad del explosivo.P : presin de carga del explosivo (manual oneumtico).CAPTULO 14309El rea que cada taladro va a arrancar se determinadividiendo la concentracin de carga (q) entre la cargaespecfica requerida (Ce).A = (f/ Ce), en m2Esquema de perforacin. TrazoLo recomendable es emplear malla cuadrada, dondeel burden es igual al espaciado (B = E), luego el burdense determina sobre la base de:B = A ; o sea B = (f/Ce)La Sobreperforacin (SP) debe ser igual al burden (SP= B) con malla cuadrada o al menos: SP = 0,8 B conla alterna, luego la profundidad de taladro deber serigual a la altura del banco hasta el nivel que se requierecortar, ms la sobreperforacin: (H + SP).Ejemplo de clculo simple para voladura bajo aguacon perforacin:Parmetros:Dimetro de taladro : 110 mm (4").Profundidad del agua : 12 m.Espesor de sobrecapa : 2 m.Altura de banco (espesor) : 5 m.Perforacin vertical:Explosivo: Lurigel 800 de 75 x 550 mm (3" x 21") oequivalente.Iniciacin: elctrica con detonadores VA/OD-MS deretardo en milisegundos.Carga especfica requerida (segn frmula):Ce =1,10 + (0,01 x 12) + (0,02 x 2) + (0,03 x 5,0)Ce =1,41 kg/m3.La concentracin de carga ser dada de acuerdo aldimetro, densidad del explosivo y densidad decarguo, para este caso por ejemplo 5,3 kg/m.Area por taladro:A = Concentracin de carga Carga especficaA = 5,30 = 3,7 m21,41Luego burden x espaciado (B x E) = 3,7 m2.B = 3,7 = 1,9 mE = 1,9 m (malla cuadrada).Sobreperforacin igual al burden = 1,9 m.Profundidad de taladro (H) = 5,0 + 1,9 = 6,9 mTaco = (1/3) B = 1/3 x 1,9 = 0,60 m.Carga: concentracin de carga x altura de carga =5,3 x (6,90 - 0,60) = 33,4 kg. Carga especfica = Carga por taladroVolumen de roca aromper por taladroCAPTULO 14310b. Voladura bajo agua por plasteoEste mtodo se aplica cuando no es posible o no eseconmica la voladura con perforacin. Consiste encolocar un gran nmero de cargas explosivassuperficiales espaciadas sobre el lecho a romper, quese disparan simultneamente para no disturbar el trazode distribucin de las mismas, ya que puedendesplazarse por el efecto de concusin de los propiostiros aislados.Es adecuado para eliminar crestones de roca, removerbancos de lodo y arena, romper el lecho marino o deros para excavar zanjas con dragas o retroexcavadoras(trabajo usual en el tendido de oleoductos o gasoductos)y para la destruccin de estructuras obsoletas o de navessiniestradas. No es adecuado para excavacin querequiera lmites precisos, tipo recorte para cimentacino anclaje, por su tendencia a craterizacin.Sus resultados son inferiores respecto a la voladuracon taladros en cuanto a fragmentacin y volumen deroca a mover por disparo, adems de que el consumoespecfico de explosivos es mucho mayor, por lo generalde 1 a 2 kg/m3. El efecto de concusin y vibracin delsuelo es muy severo y puede limitar su aplicacin enreas cercanas a instalaciones delicadas o naves.Las cargas se colocan directamente sobre la superficiede la roca, sin cobertura de arcilla como en las plastasde superficie, ya que el agua se encarga delconfinamiento; por ello es conveniente remover primeroel material de recubrimiento de la roca si lo hubiera.Con plastas se puede romper bancos de hasta 1,5 m yexcavar hasta 5 m en trincheras en roca suave, aprofundidades hasta 10 m, teniendo en cuenta que amenos de 2 m de profundidad hay riesgo de concusinde aire y proyeccin de fragmentos.En superficies regulares se distribuyen en mallacuadrada, generalmente con los siguientes patrones:En roca dura: granito, basalto, gabro, cuarcita, etc., lamalla debe ser de:1,0 x 1,0 m a 1,5 x 1,5 mEn roca suave: caliza, conglomerado, lutitas, etc., lamalla debe ser de:2,0 x 2,0 m a 2,5 x 2,5 mEn crestones de roca irregulares la distribucin deplastas se tendr que adecuar a la forma de ellos.Usualmente las cargas se bajan desde una balsamediante cuerdas, en algunos casos con un pesoencima (piedra o molde de concreto), para evitar quetiendan a flotar o a moverse en su desplazamiento. Apesar de estar preparadas con explosivo altamenteresistente al agua, como GelignitaGelignitaGelignitaGelignitaGelignita, se recomiendaenvolverlas en bolsas de plstico, para que no sedisgreguen.Tambin se aplican cargas dirigidas o conformadas,fabricadas especialmente con este fin, (como elFragmex de Nitro Nobel) que facilitan el trabajo, yaque slo tienen que colocarse sobre la roca. Las quetienen el fondo cnico metlico tienen la ventaja deque al momento de detonar, el metal se funde ytransforma en un proyectil de alto impacto que golpeay perfora la roca con mayor efectividad. Como esteproyectil requiere unos instantes para formarse, esconveniente darle espacio y tiempo colocando la basede la carga a unos centmetros sobre la superficie dela roca, mediante patas fijas o regulables. Estas cargasvienen en tamaos diferentes con pesos de 2; 5 y 10 kgo ms; son prcticas pero de alto costo.Cuando no se dispone de ellas se pueden habilitarlocalmente. Como ejemplo tenemos algunas que seprepararon con cilindros vacos para romper y excavarel lecho de algunos ros que tenan que ser cruzadospor la tubera del oleoducto del Nor Peruano.Unos cilindros vacos usados de 200 litros y 87 cm dealtura se cortaron por la mitad con soplete,convirtindolos en dos de 43 cm de altura, con unacara abierta. En el fondo con tapa de cada mediocilindro, se sold una semiesfera de plancha metlica(moldes para concreto de 45 cm de dimetro, dadosde baja), dejando una luz anular de 5 cm entre el bordeexterior del molde y el interior del cilindro. Tambin sesoldaron 3 orejas de fierro de construccin en el ladoabierto superior, para levantarlas con cable y gra.Sobre el domo (semiesfera) se coloc una capa dedinamita Gelignita moldeada a mano, de unos 10 cm,de espesor, que se cubri con otra capa de arcillaplstica del mismo espesor. Sobre la arcilla se colocotra capa, ms delgada, de bolsas plsticas pegadascon jebe lquido para impermeabilizar al conjunto.Finalmente sobre la ltima capa se coloc grava hastael borde del medio cilindro, para darle peso. En lacapa de explosivo se alojaron previamente dos cebos(cartuchos de Gelignita con detonadores elctricos)dejando los cables afuera, puenteados por seguridad.En algunos cilindros se coloc cordn detonante enU con sus extremos anudados introducidos en elexplosivo.Los semicilndricos se colocaron con gra en el lechode los ros, espaciados a 1,5 m entre s y bajo un nivelmedio de agua de 2,5 m, alineadas. Segn el tipo deroca rompieron entre 1 y 3 m de profundidadfacilitando el dragado casi inmediato con una gra decucharn de almeja.CAPTULO 14311Clculo de cargaComo ejemplo tenemos: el factor de carga promediopara roca intermedia de la zona se fij en 0,41 kg/m3,y para efectos de plasteo se estim en 4 veces ms,1,64 kg/m3. Los parmetros tambin promedio paraexcavacin fueron:- Profundidad media del agua: 2,5 m.- Profundidad de excavacin: 1 m.- Espaciado entre cargas explosivas: 1,5 m (burdeny espaciamiento).- La columna de agua (ha) equivalente a laprofundidad de roca a ser desplazada por la cargaexplosiva se determin como: ha = densidad del agua x profundidad del agua densidad de roca ha = 1 x 2,5 = 1,04 m 2,4- Carga especfica: se aplic la estimada por tanteo;1,64 kg/m3.Para calcular la carga explosiva efectiva, laprofundidad de excavacin propuesta (1m) seincrement en 25%, o sea 1,25 m (P) para asegurarel arranque hasta el nivel propuesto, de modo que lacantidad de carga a ser colocada en cada cilindro sedetermin en:Carga = (B x E) (P + ha) x CE= 1,5 x 1,5 x(1,25 + 1,04)x 1,64 kg = 8,5 kgCAPTULO 14312c. Concusin y vibracin bajo aguaEl disparo de estas cargas como dijimos es simultneo.Como corrientemente se emplea cordn detonante cuyavelocidad media es de 7 000 m/s y en cada metrotiene un retardo propio de 143 microsegundos,mientras que la duracin del pico de presin por cargaes de slo unos microsegundos, se entiende que unospocos metros de diferencia de cordn entre las cargaspueden causar diferencias sustanciales de tiempo, porlo que se puede estimar que las plastas saldrnindividualmente con retrasos entre 0,15 a 0,3 ms, porlo que se presume que ocurre una cooperacin de lasondas de shock en el agua, que crean un fuerte efectode concusin transmitible a gran distancia y que puedeser muy destructivo.Recordemos que un trazo de voladura con varias plastasmostrar un tren de ondas que consiste en una serieajustada de picos de presin, bastante diferente delcaso de una simple carga, donde slo se aprecia uno.La mxima presin se produce con cargas en superficie,que es 10 veces mayor que si las mismas estuvieranconfinadas en taladros y fueran disparadas a diferentestiempos; en este caso la duracin de la onda de shockes corta, y su valor pico se reduce a la mitad enfracciones de milisegundo. No ocurre cooperacin entrecargas de diferente retardo (el intervalo normal es de25 ms) ni tampoco entre cargas diferentes con el mismoperodo de retardo, mientras que la dispersin entrecada perodo sea de ms 5 ms.El efecto de concusin es mayor bajo el agua que enel aire, si se tiene en cuenta que la velocidad del sonidoen el agua es de 1 425 m/s y en el aire slo de 340 m/s.Esto como de dijo puede afectar a la voladura, pero esms serio el efecto que puede causar a las personasque se encuentran cerca al lugar de la explosin (losmismos buzos, pescadores, baistas) a las naves y ainstalaciones cercanas.Como referencia, la mxima onda de presin quepuede soportar el cuerpo humano sin proteccinespecial vara entre 0,172 MPa y 0,34 MPa en el sistemainternacional (equivalentes a 50 psi, a 3,5 kg/cm2) yel lmite fatal de sobrepresin est en 2,06 MPa(equivalente a 300 psi, o a 21 kg/cm2). Segn fuentesde U.S. NAVY, basado en ellas H. Wolff prepar lasiguiente frmula emprica para estimar distancias deseguridad cuando se disparan cargas confinadas entaladros bajo agua.CAPTULO 14313CAPTULO 14314315CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 15O 15O 15O 15O 15316317Localizar estas estructuras geolgicas bajo tierra ydeterminar su potencial como reservorios dehidrocarburos, se ha convertido en una cienciaespecializada denominada prospeccin petrolfera,cuyo principal medio de exploracin es la GeofsicaAplicada, que comprende a diferentes tcnicas decampo para inferir la estructura del subsuelo.Estas tcnicas son: la Gravimetra, Magnetometra,Termometra, Deteccin Radioactiva, PolarizacinElctrica Inducida y Prospeccin Sismogrfica; tambinaplicadas para la investigacin de yacimientosminerales y agua, y cuyos resultados son posteriormenteverificados mediante taladros de sondaje, pozosexploratorios, geoqumica y otros medios decomprobacin.La Magnetometra y la Gravimetra se empleanpreferentemente en exploracin regional para detectarnuevas reas favorables, mientras que la prospeccinsismogrfica se enfoca a determinadas reasgeolgicas previamente estudiadas, para confirmar ydelimitar cuencas existentes de hidrocarburos y agua,sealando de paso la ubicacin ms favorable para laperforacin de pozos exploratorios.La prospeccin sismogrfica o simplemente Ssmica sebasa en la investigacin del comportamiento elsticode las rocas, impedancia ssmica, permeabilidad,disposicin estructural y profundidad de yacencia. Supropsito es el de detectar y determinar irregularidadesen los lechos sedimentarios, denominadasdiscontinuidades, tales como pliegues y fallas quepuedan haber servido como depsitos de acumulacinde petrleo, gas y agua.Explora las diferentes capas de la corteza terrestremediante el rebote o reflexin a profundidad, de ondasssmicas elsticas creadas en superficie mediante unafuente generadora de impulsos, tal como un impactoo una explosin.Su alta precisin, elevada resolucin y gran penetracina profundidad, basadas en la relativa facilidad quetiene para inferir formaciones y cambios estructurales,con alto grado de confiabilidad, hacen que actualmenterepresente ms del 95% del trabajo de exploracin entierra firme, a nivel mundial.El avance actual de esta tcnica permite representarmediante la interpretacin de grficos sismo-estratigrficos, el mapeo estructural de la corteza hastaprofundidades de ms de 10 000 m.CAPITULO 15EXPLOSIVOS EN LA INDUSTRIA PETROLERAL os explosivos tienen importante participacin enesta industria, mayormente en campos especializados,en muchos casos con tcnicas altamente sofisticadas.Tenemos por ejemplo su aplicacin en las siguientesetapas de operacin:A. En exploracinExplosivos para prospeccin sismogrfica.B. En extraccinExplosivos convencionales para obras de acceso azonas de trabajo y explosivos en la preparacin deplataformas para instalar equipos de perforacin,campamentos, helipuertos y otras obras.C. En produccinExplosivos convencionales para excavacin de zanjasy obras auxiliares para el tendido de oleoductos ygasoductos. Explosivos para voladura subacutica enla excavacin de zanjas en lagunas y lecho de ros, enobras portuarias y en pilotaje para plataformas deperforacin off shore.D. En recuperacinExplosivos especiales para trabajos de recuperacinde produccin mediante perdigoneo u otros mtodosen pozos que han bajado su aforo por agotamiento,obstrucciones y otros motivos.Explosivos en cargas a profundidad para reactivar elflujo de petrleo de las capas productoras hacia lospozos, por efecto de concusin y vibracin.Explosivos en trabajos urgentes de demolicin, cortede tuberas, etc.Explosivos en la extincin de incendios de pozos.Explosivos especiales para trabajos bajo alta presin yalta temperatura.PROSPECCIN SISMOGRFICA ENEXPLORACIN PETROLERAEl gas natural y el petrleo se originaron por ladescomposicin de microorganismos en formacionesgeolgicas sedimentarias de cuencas ocenicas, paraluego migrar hacia la superficie a travs de capaspermeables, hasta quedar atrapados en estructurasimpermeables denominadas trampas estratigrficas,entre las que predominan los plegamientos anticlinales,los domos de sal, sistemas de fallas, arrecifes calcreosfsiles, discontinuidades estratigrficas y otras.318Generalidades del mtodo sismogrficoUn golpe violento y repentino como el que produceuna explosin en el terreno genera un impulso elsticoo energa ssmica que se proyecta en todas direcciones.La vibracin resultante del suelo se registra en puntosdeterminados de la superficie mediante pequeossismgrafos denominados gefonos.La medicin de los intervalos de tiempo que transcurrendesde que se genera el impulso hasta su recepcin enlos gefonos colocados a diferentes distancias, permitedeterminar la velocidad de propagacin del impulsoen el suelo, pero como el suelo normalmente no eshomogneo, esta velocidad variar tanto a profundidadcomo en sentido lateral. La medicin de los intervalosde tiempo permite conocer los valores de velocidad dedesplazamiento de la onda elstica a travs de losdiferentes medios o capas existentes en el subsuelo, ypor tanto las posiciones de los lmites entre zonas dediferente velocidad.Como los lmites entre capas que registran distintasvelocidades de onda generalmente coinciden con loslmites geolgicos, un corte transversal en el que serepresenten las interfases de velocidad puede parecersea un corte geolgico transversal. Aunque ambos nosean necesariamente iguales puede inferirse la formay ubicacin de tal lmite o discontinuidad.Los gefonos recogen las vibraciones y las conviertenen impulsos elctricos para transmitirlos a unoscilgrafo y una grabadora magntica de cinta. Eloscilograma obtenido es conocido en la especialidadcomo registro.Un registro usualmente muestra 24, 48 o ms trazasgraficadas en paralelo, donde cada trazanormalmente representa el efecto acumulado de ungrupo de gefonos.Los registros se interpretan en detalle en un centro deprocesamiento de datos por personal altamenteespecializado para preparar posteriormente mapasgeolgico estructurales.Cuanto ms claridad y frecuencia muestren las ondasse lograr un registro de mayor calidad o resolucin,esto depende de varios factores:a. La cantidad de energa aplicada para generar losimpulsos.b. La profundidad a que se hallan las capasgeolgicas detectadas.c. La impedancia acstica de las rocas (densidad porvelocidad snica) y la diferencia de impedanciasentre capas geolgicas.d. Del grado de absorcin de las diferentesformaciones.e. Del grado y forma como las diferentes ondas sedesvan al contactar las discontinuidadesgeolgicas, reflejndose o refractndose.A mayor profundidad que se encuentren lasformaciones se registrarn menos frecuencias, tantopor la distancia vertical como horizontal, porque lacorteza acta como un filtro que las atena porabsorcin, efecto que normalmente se expresa endecibeles por longitud de onda.Tambin influyen los efectos de reverberacin quedistorsionan las seales al atravesar diferentesformaciones. En el aspecto operativo de la sismografados aspectos son importantes: La fuente de energa yla recepcin de ondas.CAPTULO 15319a. Fuentes de energaPara que el sismgrafo pueda captar las ondasreflejadas, la fuente generadora de impulsos debeproporcionar la seal de ms alta frecuenciatcnicamente posible y en el menor tiempo posible,prcticamente instantneo, o casi instantneo.De acuerdo al alcance a profundidad que se quiereexplorar y de las condiciones del terreno se aplicandiferentes fuentes de impulso; que en la prctica seclasifican en dos grupos:a. De alta energaExplosivos ssmicos, explosivos convencionales,cargas dirigidas.b. De baja energaMedios mecnicos de aplicacin eventual:- Impactador de cada libre, masa metlica de 3toneladas, que se deja caer desde una altura de 3 m.- Vibradores - compactadores mecnicos oneumticos, transportables como el Vibroseis.- Impulsores o explosores de gas, como el Dinoseis,que proyecta violentamente una plancha de fierrocontra la superficie del terreno.b. Recepcin de ondasLa medicin exacta del tiempo es esencial ensismografa, ya que un error de slo una milsima desegundo puede significar un desplazamiento de 2 a 3m en la localizacin real de una estructura subterrnea,por ello las hojas de registro tienen lneas espaciadasa un centsimo de segundo, que permiten estimar losmilsimos en los trazos.En este aspecto es determinante el grado de precisinde los gefonos y del equipo de registro compuestopor: amplificadores con filtros para eliminar frecuenciasinnecesarias, reverberaciones y otras distorsiones;registradores de canales mltiples, computadoras yregistradoras. Los registros se graban con una sealluminosa sobre papel fotogrfico en movimiento, o enbanda magntica que es ms funcional.Dada su importancia en el sistema y como ilustracin,describimos brevemente al gefono, que tcnicamentees un transductor electrodinmico capaz de sentir lavibracin y traducirla en una seal elctrica,directamente proporcional a la velocidad de la partculade vibracin (que es el parmetro a registrar). Consistenormalmente en una caja sensitiva que comprende:- Un resorte.- Una masa mvil.- Una bobina desarrollada alrededor de la masa.- Un imn permanente.El sistema se desplaza libremente dentro de un campomagntico creado por el imn. Cuando la bobina semueve por efecto de la vibracin del terreno, en elcampo magntico se induce una corriente elctricaproporcional a la velocidad de desplazamiento de labobina.CAPTULO 15320En el ejemplo (1) del dibujo, la bobina es fija,el imn montado en otro casco se mueve enrelacin con la vibracin mecnica que recibe,mientras que en el ejemplo (2) la bobina esmvil.Normalmente en una corrida geofsica se ubican 24 48 gefonos o grupos de gefonos en sistemas delneas paralelas o en abanico. Los gefonosespecialmente preparados para uso bajo el agua sedenominan hidrfonos.CAPTULO 15321MTODOS PARA GENERAR ONDAS MEDIANTEEXPLOSIVOSSon tres los ms aplicados:A. Disparo de cargas confinadas en taladrosEs el ms empleado. Su ventaja es que proporciona lamejor transferencia de energa por kilogramo deexplosivo. Los taladros varan desde 51 a 102 mm (2a 4) y desde un metro a cientos de metros enprofundidad segn el trabajo a efectuar, y usualmentese cargan con explosivo tipo gelatina ssmica encartuchos sellados, como Geodit o Geodit-P (pentolita)en los ms profundos. Su mayor desventaja es el costoy dificultad de la perforacin, especialmente en lugaresagrestes.Su rendimiento comparativo con otros mtodos tantoen tierra como bajo agua es de 100% bajo agua.B. Disparo de cargas superficialesPoco usual, generalmente en reas despobladas y bajoagua. Consiste en disparar cargas explosivas simplescolocadas sobre el suelo, libremente o enterradasparcialmente, stas pueden ser desde unos cuantoscartuchos hasta grandes cargas (especialmente pararefraccin). Su rendimiento comparativo en tierra esde un 20% y bajo agua sube a 75% por elconfinamiento natural.C. Cargas dirigidasEstas se basan en que la energa de explosintransferida a un cono metlico produce un dardo quepenetra en el suelo con una velocidad de 5 000 a 7000 m/s; produciendo un buen efecto de onda. Comono requiere perforacin es ventajoso para prospectarreas difciles, donde la perforacin no sea factible.Su rendimiento comparativo es de 75% en tierra y 90%bajo agua.PRINCIPIOS DEL MTODO - ONDAS ELSTICASLa base del mtodo es la teora de elasticidad. Laspropiedades elsticas de los materiales estncaracterizadas por el mdulo de elasticidad (E), o porotras constantes que especifican la relacin entreesfuerzos y deformaciones, tanto lineales comoangulares o de corte.Para el estudio de la propagacin de las ondaselsticas se utilizan el mdulo de rigidez (h) y el decompresibilidad (K), que usualmente se muestran entablas en la literatura sobre mecnica de rocas. Comoejemplo podemos sealar los siguientes, con valoresde Pascal.Onda Elstica.DefinicinSi el esfuerzo que est siendo aplicado a un medioelstico es sbitamente retirado, la condicin depropagacin de las deformaciones a travs del medioes una onda elstica.Una explosin crea en sus proximidades una intensacompresin radial en fraccin de segundos, al cesarsu efecto se generan impulsos de compresin comoondas elsticas, las que despus se reflejan o refractanal entrar en contacto con las discontinuidades delterreno.CAPTULO 15ROCA (K) (K): Pa x 10-10 (n): Pa x 10-10Mrmol - caliza 3,7 a 5,7 2,1 a 3,0Granito - diorita 2,7 a 3,3 1,5 a 2,4Diabasa - basalto 7,3 3,7Arenisca 1,25 0,61Cuarzo - Chert 1,5 3,0Vidrio 5,0 2,5Hierro 9,5 5,0322Hay varias clases de ondas elsticas, como:a. Ondas longitudinales, de compresin, uondas tipo PEn ellas las partculas del medio afectado se muevenen la misma direccin que la propagacin de la onda.A este tipo pertenecen las ondas sonoras. Su velocidadest dada por: VP = K + (4/3 h)mdonde:VP : velocidad de onda.K : mdulo de compresibilidad.h : mdulo de rigidez.m : densidad del medio.b. Ondas transversales, de corte u ondas tipo SEn este tipo de ondas las partculas del medio afectadose mueven en direccin perpendicular a la direccinde propagacin de la onda. Su velocidad est dada por:VS = hmDe donde se deduce claramente que: VP > VS.d. Ondas superficiales u ondas de RayleighSi el medio tiene una cara libre, habrn tambin ondassuperficiales. En stas, las partculas del medio afectadodescriben elipses en el plano vertical que contiene a ladireccin de propagacin. Su velocidad es deaproximadamente 0,9 VS.En la superficie, el movimiento de las partculas esretrgrado con respecto a la de otras ondas.d. Ondas de LoveEstas ondas se observan cuando la velocidad de ondasssmicas es mayor en el estrato superior que en elinferior. Las partculas del medio oscilantransversalmente a la direccin de la onda y en unplano paralelo a la superficie, por lo que sonesencialmente de corte o cizalla.Las ondas de cizalla son muy destructivas en losmacrosismos que se estudian en sismologa, en cambiono tienen mayor importancia en prospeccin geofsica,donde generalmente son filtradas por los mismosgefonos corrientes, que slo son sensibles a lacomponente vertical del movimiento del suelo, es decirque registran la llegada de ondas P o de ondassuperficiales, aunque tambin eventualmente las ondas S.En la prctica se les designa como:- Superficiales: las que se desplazan por la superficiedel terreno.- Primarias: las que se internan en el terreno, estascomprenden a las longitudinales y transversales.El siguiente conocido diagrama muestra las ondas primariasy superficiales generadas a partir de un punto de disparo.CAPTULO 15323Las velocidades de las ondas elsticas soncaractersticas en cada material, dependiendo de sucomposicin qumica y de su grado de compactacin,habindose encontrado que son mayores en las rocascristalinas (gneas y metamrficas) que en lassedimentarias.En estas ltimas las velocidades tienden a incrementarsecon la profundidad y con la edad geolgica.Como ejemplo referencial se muestra el siguientecuadro de velocidades promedias, en m/s.REFRACCIN Y REFLEXIN DE LAS ONDASSSMICAS MTODOS SISMOGRFICOSLas ondas ssmicas se desplazan siguiendo las mismasleyes que rigen en ptica geomtrica. No siendonuestro propsito profundizar en sus fundamentos yaspectos tericos, slo mostramos su interpretacincon diagramas simples y conocidos.Geolgicamente el modelo ms sencillo deestratificacin comprende a una interfase horizontallocalizada a una profundidad h, que separa a doscapas o medios de distinta velocidad, ejemplo V1 yV2, donde una es mayor, en este caso V2. Estavelocidad de capa es realmente la velocidad de laonda elstica en la capa.Si en la superficie del terreno se efecta un disparo enun punto S para ser registrado por un gefono en unpunto alejado G, las ondas elsticas generadassiguiendo el esquema ms simple, viajarn en tresposibles trayectorias:La primera (1) o SG, es la misma que siguen las ondasde Rayleigh, en superficie y con velocidad VR.La segunda (2) es la onda directa P que se internacon una velocidad VP, mayor que VR, y que al encontrarla interfase en un punto A se refleja y refractaparcialmente. Al reflejarse completa la trayectoria SAGy al refractarse se separa de la normal al plano deinterfase (3).CAPTULO 15 MATERIAL ONDAS P (m/s) ONDAS S (m/s) Aire 330 - Agua 1 450 - Arena 300 a 800 100 a 500 Morrena glaciar - brecha 1 500 a 2 700 900 a 1 300 Pizarras calizas - dolomitas 3 500 a 6 500 1 800 a 3 800 Sal gema (de roca) 4 000 a 5 500 2 000 a 3 200 Granitos - rocas gneas 4 600 a 7 000 2 500 a 4 000324Cuando una de la serie de ondas que se refractan lohace con un ngulo crtico, se obtiene que la ondaviaje paralela al lmite entre capas con una velocidadV2, generando en el medio superior un impulso demenor amplitud denominado onda frontal, que sedirige nuevamente a la superficie formando unngulo equivalente a con la normal a la interfaseen el punto de ubicacin del gefono, es decirsiguiendo una trayectoria SABG, como se ve en elgrfico siguiente.De este segundo grfico podemos deducir que eltiempo para que la onda directa llegue al gefonoest dado por:t = d/V1donde:d : distancia de S a C.Por otro lado la onda que recorre la trayectoria SAC lohar en un tiempo:t = d + 2 x h x ((V2)2 - (V1)2)1/2 V2 V1 x V2La distancia crtica x donde se encontrarn ambasecuaciones ser por tanto:d = 2 x h x (V2 + V1) (V2 - V1)De donde se despeja h, que es la potencia o espesordel estrato superior, siendo ste el fundamento delmtodo ssmico de refraccin.Como un terreno normal no homogneo con frecuenciaesta constituido por materiales estratificados, dondecada capa tiene una velocidad constante o que varauniformemente con la profundidad, y donde lasinterfases pueden formar cualquier ngulo con lahorizontal, se puede estimar la gran cantidad deimpulsos con diferentes frecuencias y ngulos deincidencia que llegan a un gefono como rebotes demltiples ondas, y lo difcil de su identificacin einterpretacin.Esto tenindose en cuenta que no se requiere registrar lasondas de corte, las de superficie, ni las de concusin de aire.CAPTULO 15325MTODOS DE CAMPOBsicamente son dos:Cuando los gefonos se ubican cerca de la fuente deenerga (disparo) para registrar la onda ssmica creadaque viaja siguiendo una trayectoria esencialmentevertical, la tcnica se denomina mtodo de reflexiny cuando los gefonos se disponen extendidos a largasdistancias de la fuente de energa, en comparacin ala profundidad de sondeo, la tcnica se conoce comomtodo de refraccin.En este caso la onda se propaga bajo una trayectoriaprincipalmente horizontal, normalmente por un materialde alta velocidad cubierto por materiales de velocidadinferior.En los registros, las seales reflejadas se distinguenpor su forma, carcter y coherencia a lo largo de lasmuchas trazas graficadas en paralelo, mientras quelas seales refractadas son las primeras deflexionesque aparecen en las trazas.A. Mtodo de refraccinEn este mtodo los gefonos detectan dos seales aldetonarse la carga explosiva, una es la onda directaque viaja a travs del medio superior y otra la ondarefractada que parcialmente viaja a travs del medioinferior, ms rpido. La directa alcanza primero a losgefonos ms cercanos al punto de disparo, mientrasque la refractada alcanza primero a los ms alejados.Los valores de tiempo en que llegan las seales y ladistancia de cada gefono al punto de disparo segrafican obtenindose dos curvas, las que seinterceptarn para un tiempo y distancia dado, es decir,la distancia al punto de disparo que es alcanzadosimultneamente por ambas ondas se determinamediante diagramas de tiempo.Conociendo la distancia d y utilizando las ecuacionesantes indicadas se podr determinar la potencia hde estrato superior, para cada caso, de modo que esposible calcular la profundidad a la que se hallan variosmedios.En la prctica se coloca una serie de gefonosextendidos a largas distancias del punto de disparo,de cientos de metros a varios kilmetros, distribuidosusualmente en tres arreglos bsicos:a. Perfil en lneaLos gefonos se extienden a lo largo de una lneatrazada en el terreno, donde se quiere hacer el perfilssmico, colocndose el explosivo en el punto mediode la lnea para explorar ambos ladossimultneamente.b. Perfil en lateral (broadside shooting)En este caso varios puntos de disparo son colocadosen dos lneas paralelas y la lnea de gefonos en unatercera paralela, al centro.c. Arreglo en abanico (fan shooting)Los gefonos se colocan formando un arco con centroen el punto de disparo y equidistantes al mismo. Seaplica para la localizacin preliminar de estructuras opara determinar cuerpos irregulares, como los domosde sal.CAPTULO 15326Este mtodo fue el primero en utilizarse con gran xitoentre los aos 1923 y 1928 para la localizacin dedomos salinos en el Golfo de Mxico, vinculados a lapresencia de petrleo.A pesar de ser un mtodo simple requiere de cargasexplosivas muy grandes, mayores cuanto ms lejosestn ubicados los gefonos, siendo otro inconvenienteel que resulta poco prctico y caro para profundidadesde exploracin mayores a 200 m; por otro lado, comopermite cubrir grandes distancias con un slo disparose utiliza actualmente en forma limitada parareconocimientos rpidos que no requieren altaresolucin.B. Mtodo de reflexinEmpleado desde el ao 1936, actualmente domina laprospeccin porque proporciona mejor detalle estructuraly es muy efectivo en la localizacin de petrleo.El principio del mtodo, como el del radar, es medir eltiempo que tarda en llegar a un gefono receptor elreflejo de una onda generada por un emisor (disparo)asumiendo que esta onda es slo del tipo P.En este mtodo la separacin entre gefonos espequea, de unos 25 a 100 m comparada con lasprofundidades sondeadas que va entre 200 a ms de5 000 m. Su principal ventaja en cuanto a explosivos,se requiere menor cantidad de carga paraCAPTULO 15327prospecciones de mayor resolucin y profundidad queen el caso de la refraccin. As, en promedio seemplean cargas de 15 lb (6,8 kg) ubicadas a 30 m deprofundidad en taladros de 50 a 100 mm (2 a 4)retacados con agua, existiendo incluso actualmente latendencia a emplear pequeas cargas a 2 m, deprofundidad, lo que es una ventaja econmica.Tambin en determinados casos se puede sustituir lacarga de taladro profundo por un arreglo de pozosmltiples relativamente superficiales, o por cargasdirigidas (booster ssmicos).En la prctica un arreglo clsico es utilizar 24gefonos en lnea (end on spread) con la fuente enun extremo, usual para extensiones de perfileslargos de hasta 3 000 m, y el de disposicinalternada (stradle spread) que consiste en colocarla carga explosiva en medio de la lnea de tiro con12 gefonos por lado, para extensiones menores a1 000 m.En el campo generalmente se reemplaza el gefonosimple por una serie de gefonos, generalmente 20en lnea, en lo que se denomina un arreglo (array).Estos arreglos se colocan a su vez como detectoresindividuales a lo largo de la lnea de prospeccinsiguiendo una disposicin especial (spread). La mximadimensin del arreglo oscila entre los 30 y 100 mdependiendo de varios aspectos, de manera que todoslos gefonos reciban el frente de onda al mismo tiempo.Para el levantamiento de reas extensas se debe diseartoda una red de lneas de prospeccin, pero como unalnea no proporciona informacin en tercera dimensin,esto se consigue utilizando disposiciones de arregloscruzados (cross-spreads).Para interpretar los registros se debe tener cuidadocon las llamadas reflexiones mltiples, con lasondas superficiales o ruido y con la capa de bajavelocidad o capa meteorizada, definida por el nivelfretico (3 a 30 m) corrigindolos y reducindolosa un nivel de referencia (datum plane) eliminandoa la capa meteorizada y sus efectos de falsasseales.CAPTULO 15328CAPTULO 15329EXPLOSIVOS EN PETRLEO. EXPLOSIVOS PARASSMICAComo condicin bsica debe ser muy estable en suspropiedades de tiro, especialmente de velocidad ypresin de detonacin, para que puedan proporcionarimpulsos elsticos iniciales constantes y bien definidos.El explosivo en s, o el envase que lo contenga, debetener alta resistencia al agua y a presiones hidrostticas,a impacto e incluso a alta temperatura, condicionesfrecuentes en los pozos profundos utilizados en reflexinssmica, o en la exploracin submarina.Deben ser sensitivos al fulminante sismogrfico, ocontar con accesorios o primers reforzadores que s losean, para garantizar su correcta iniciacin.Deben tener condiciones fsicas que les permitandormir por largos periodos de tiempo dentro de lospozos, sin perder sus facultades, por lo que en sumayora se presentan envasados en recipienteshermticos de metal o de plstico, de medidasestandarizadas, resistentes a impacto y deaproximadamente medio kilo (1 lb) por unidad; estosenvases deben ser roscables, para formar columnasacopladas de longitud y peso acordes con losrequerimientos de trabajo.Deben ser seguros para soportar maltrato en transportey manipuleo, y largos perodos de almacenaje endiversidad de climas y condiciones ambientales.Comprenden los siguientes tipos:A. Altos explosivosa. Dinamitas y gelatinas ssmicasSu empleo es el ms difundido por sus ventajas de altavelocidad de detonacin, 4 500 a 5 500 m/s altadensidad y elevada resistencia a presiones hidrostticaspor largos perodos de tiempo, adems por susensibilidad directa al fulminante ssmico.Usualmente envasadas en recipientes plsticos rgidoshermticos de 1 y 1/4 lb (450 y 115 g) de peso y de32 mm a 51mm (1 a 2) de dimetro, roscables,se prefieren para disparos en taladros profundos,normalmente 20 a 30 m, a veces hasta 100 m,formando columnas de una a ms de 10 unidadesacopladas, contnuas o intercaladas (vertical staking).Ejemplo: Geodit.Tambin se emplea dinamita en cartuchosconvencionales para condiciones menos severas yprofundas. Ejemplo: Gelignita.Los taladros ssmicos normalmente se confinan con agua.b. Hidrogeles y emulsionesSon menos sensibles y ms seguros para manipular,tienen muy buena resistencia al agua pero son menosresistentes a presiones hidrostticas elevadas y por logeneral no pueden dormir por tiempo largo bajopresin. Su velocidad promedio est entre 3 500 y 5500 m/s sensibles al detonador directo, como el casode Lurigel y Exagel-E.Eventualmente utilizados para disparos en superficie ybajo agua, como cargas libres encartuchadas, otambin en taladros poco profundos, 5 a 10 m algunasveces a granel; incluso en bolsas plsticas selladas (sismopack) colocadas sobre estacas a cierta altura del suelo.c. Cargas de pentolitaMuy estables y resistentes a la presin hidrosttica,sensibles al detonador sismogrfico, tienen velocidadmuy constante del orden de 7 000 m/s. Aplicables entaladros donde pueden permanecer largo tiempo.Ejemplo: Geodit-P en cartuchos iguales a los de Geodit,de 1 000, 500 y 135 g.d. Minicargas de pentolita u otro alto explosivocoladoUsadas normalmente en huecos de pequea profundidad(1 m) y de pequeo dimetro (mini holes) en terrenospoco accesibles para las operaciones de perforacin yregistro. Su velocidad est entre 7 000 y 7 500 m/s, sonresistentes al agua y presin y tienen alta densidad, perosu costo es elevado (ejemplo: Atlas G booster).B. Agentes de voladuraMezclas de nitrocarbonitratos granulares secos, convelocidad de detonacin de 3 500 a 4 000 m/s, comomximo. Su ventaja es la seguridad en su empleo y sudesventaja principal su nula resistencia al agua y menosa la presin hidrosttica, por lo que tienen queenvasarse en recipientes de metal o de plstico de altadensidad, hermticamente sellados, roscables yacoplables, para ser cargados en taladro de 20 metrosde profundidad en promedio. Son insensibles alfulminante por lo que requieren un booster acoplable,para iniciarse. (carga cebo sensible o mini booster).Algunos disparos para refraccin con taladros muydistantes se efectan en superficie, empleando un granvolumen de ANFO o Slurry.C. Booster o cargas dirigidas ssmicasBasadas en el principio Monroe de cargas cnicas queal detonar forman un dardo que penetra al suelo convelocidades de 5 000 a 7 000 m/s, fabricados conalto explosivo, denso, colado, moldeado con su baseahuecada, todo dentro de un envase plstico. Secolocan sobre el suelo en lugares donde no se puedeperforar, y usualmente en la disposicin de pozosmltiples (donde varias cargas superficiales distribuidasordenadamente sustituyen a un taladro normal).Detonan directamente con el fulminante, pues llevansu propio cebo interior. Ejemplo: Fracmex.D. Accesorios ssmicosComprenden bsicamente al fulminante elctricosismogrfico, a los cordones detonantes ssmicos, primerso cebos y accesorios auxiliares, como las puntas y anclaspara fijar las columnas de cargas ssmicas en taladrosprofundos y evitar que la presin de agua los expulse.El fulminante elctrico sismogrfico es indispensableen la mayora de trabajos, desde que las cargas estninterconectadas con el equipo de conteo y registro porCAPTULO 15330medio del explosor. El registro los gefonos se iniciadesde el momento en que se acciona el control deldisparo, precisamente cuando el circuito de encendidose corta, lo que se considera el tiempo de inicio de onda.Se diferencia del fulminante elctrico instantneocomn en que su carga explosiva es mayor y en que sutiempo de iniciacin debe ser menor de un milisegundopara evitar distorsiones en las lecturas, (en los comuneses de 3 a 5 m) recordando que un error de 1 m en unregistro representa un error de 3 m (6 a 8) en lalocalizacin de una estructura subterrnea, vemos questa es la condicin ms importante.La cpsula de aluminio es reforzada y hermtica, puesdebe tener alta resistencia a la presin y a las corrientesestticas o vagabundas. Para iniciarlo generalmentese emplean explosores de condensador con corrientesde disparo muy elevadas (5 A y mnimo 2 A). Lostiempos de encendido entre detonadores pueden variarentre 1 y 10 ms, lo que debe tenerse en cuenta paraprevenir errores. La longitud de cables es variable, entre3 y 30 m. Se fabrican tipos especiales para trabajobajo el mar y en taladros de hasta 200 m, dondepueden presentarse temperaturas sobre 450 C.E. Primers o cebosEmpleados para iniciar a los agentes de voladura nosensibles. Hay dos tipos: los constituidos por el mismoagente de voladura al que se han aadidosensibilizadores, y los manufacturados con altosexplosivos moldeados, generalmente pentrita.F. Cordn detonante ssmicoEn prospeccin ssmica el cordn tiene dos empleos:a. Como medio de iniciacin de las cargas explosivascuando no se dispone o no se quiere utilizar cablesde conexin muy largos para la iniciacin elctrica.El fulminante sismogrfico inicia al cordn y ste ala carga al fondo del taladro, efectundose losajustes necesarios en el registro.b. Como fuente de energa en refraccin ssmica enterrenos de topografa plana y regular.Los cordones de alto gramaje de pentrita se disponensiguiendo la lnea de tiro y se hacen detonar.Como se conoce su velocidad de detonacin, es posibleconsiderarlo en su longitud como toda una serie depequeas cargas detonadas en secuencia uniforme aintervalos de tiempo conocidos.Para ambos casos se requiere cordones de velocidadalta y uniforme, y de mayor resistencia a la traccin eimpermeabilidad que los convencionales. Usualmentede 20, 30, 40, 80 y 120 g/m de carga y 45 a 65 kg deresistencia a la tensin. Deben tambin tener buenaresistencia a la presin hidrosttica, sobre 3 kg/cm2.G. Explosivos para usos especialesPara pozos profundos y para trabajos fuera de norma enla industria petrolera, se fabrican cordones de altogramaje, extra reforzados con forros de jebe, plstico,nylon, vinyl y tefln, en lugar de hilo y PVCusuales.Ejemplo: Primacord 25 RDY nylon, Primadord 70PYX Tefln y Primacord 80 HMX nylon, de Ensign. Bickford.El perdigoneo de pozos consiste en introducir un aparejoo can que contiene pequeas cargas dirigidasdispuestas en forma axial y radial, que se activanmediante un detonador especial cuando se llega a laprofundidad determinada, de modo que stas perforenel entubado permitiendo que el flujo de hidrocarburose incremente. ste es un trabajo complejo y delicado,que se efecta en condiciones extremadamente difcilespara el explosivo, con altas presiones del fluido ytemperaturas muy elevadas, con riesgo de que laexplosin pueda obstruir el flujo normal del pozo, porlo que es efectuado por firmas especializadas.CAPTULO 15331CAPTULO 15332Una de las ms costosas, riesgosas y espectacularesformas de aplicar explosivos es el mtodo diseadopor Myron Kinley y perfeccionado por Red Adair paraextinguir incendios de pozos de gas y petrleo,colocando una carga de nitroglicerina solidificada ymoldeada de modo que la energa de explosin sedirija a un punto preciso por encima del tiro del pozo,para suprimir sbitamente el oxgeno y extinguir lallama. La carga que segn el caso puede variar entre200 y 900 kg, debidamente aislada contra las altastemperaturas y bajo un constante chorro de agua paraprotegerla y enfriar el rea, se acerca al pozosuspendida en el extremo de la pluma de una grablindada, que la ubica y coloca en posicin retirndoserpidamente, para permitir el inmediato disparoelctrico de la carga. ste es prcticamente el nicomtodo funcional, y se ha aplicado en muchos pozosen todo el mundo.TRABAJOS CONEXOSExcavacin de zanjas para oleoductos y gasoductosLa excavacin de zanjas para enterrar las tuberas deoleoductos y gasoductos es una operacin de campoabierto que puede cubrir cientos de kilmetros derecorrido por regiones de topografa, geologa y climamuy variados, que requiere de diferentes tcnicas deperforacin y voladura, y que por lo general la efectancontratistas eficientemente organizados paraoperaciones de gran envergadura.Esta tcnica comprende varias etapas o actividades,que deben efectuarse en forma paralela y continua,usualmente distanciadas por tramos, que podemosordenar por sectores como sigue:A. AvanzadaCorresponde a la preparacin de una carretera oterrapln, de unos 10 a 15 m, de ancho que permitael movimiento de equipos pesados. Comprende atrabajos de corte de laderas y lomos, banqueo,relleno y nivelacin, siguiendo el eje de tendidodel oleoducto. Se denomina punta carretera aeste sector.B. Excavacin de la zanja en el terrapln preparado,que a su vez comprende aa. Excavacin y retiro de la sobrecapa de materialsuelto, mediante zanjadoras o retroexcavadoras.b. Perforacin de la roca remanente, carga y voladurapor tramos.c. Retiro de los escombros, nivelacin del fondo conuna capa de tierra suelta. Los escombros se retiranal lado opuesto donde se va a ensamblar la tubera.C. EnsambleA cierta distancia por detrs del sector enexcavacin, cuadrillas de especialistas realizan elempalme de los tubos mediante soldadura,incluyendo controles con rayos x y otros mtodospara evitar poros y grietas, formando una tuberacontinua que queda tendida junto a la zanja. Lostubos previamente se doblan y conforman conmquinas especiales para adaptarlos al perfilsinuoso del terreno.D. Enterramiento de la tuberaQue se realiza por tramos largos con el trabajosincronizado de tractores dotados de pluma lateral,que en forma simultnea la levantan, desplazan ydepositan al fondo de la zanja.E. Revisin y prueba hidrulica de la tubera soterrada,por tramos, la que finalmente se cubre con losdetritus de la propia excavacin.La sincronizacin y velocidad de avance son muyimportantes, ya que un retraso en perforacin yvoladura podra permitir que la tubera alcance lapunta de zanja, paralizando el resto de trabajos.Por ello generalmente se emplean aparejos deperforacin montados sobre tractores o camiones,con 2, 3 a 4 mquinas que trabajan paralelamenteperforando los huecos en forma simultnea. Comoestos aparejos se pueden subir y bajar, laprofundidad de perforacin se puede obtener sinnecesidad de cambiar de barrenos. Usualmente lostaladros son de 38 a 102 mm (1 a 4) dedimetro, verticales o inclinados. La profundidadde perforacin depende del diseo de la zanja, yla sobre perforacin de las caractersticas de la roca(normalmente de 20 a 40%).Los trazos de perforacin segn el dimetro de tuberapueden ser de 1 a 3 o ms hileras, generalmente contaladros alternos.La iniciacin del disparo puede efectuarse con1. Cordn detonante, con retardo de 15 a 20 m entreun grupo de 2 a 4 taladros y el siguiente (usualmente1 y 2 hileras) los disparos con cordn sin retardoscausan excesiva rotura. Cuando se quiere disminuirlas proyecciones, los taladros se cubren con tierramediante bulldozer, dejando en ese caso la lneatroncal del cordn a un costado.2. Detonadores elctricos, especialmente efectivos entaladros profundos, mejoran la fragmentacin yafectan menos las paredes de la zanja. Puedendistribuirse de las siguientes formas:a. Detonadores de un mismo retardo en lnea, demodo que los tiempos de salida se incrementansiempre en la misma fraccin de tiempo. Ejemplo:trazo de 3 hileras con retardo de 25, 75 y 125 m,en este caso cada tanda de 3 taladros demora 25 m.b. Detonadores con retardo escalonado en grupos detaladros, de modo que cada uno tiene diferenteretardo. Estos grupos se repiten formando series.Ejemplo: en un trazo de 2 hileras se puede formarseries de 7 taladros con 25 m de retardo por taladro,y en uno de 3 hileras grupos de 11 taladros.Usualmente se disparan hasta 10 series por tanda.c. Detonador no elctrico de retardo. Ejemplo: sistemaNonel Unidet, que comprende a detonadores Nonelde 500 m que se colocan al fondo de los taladros,y retardos Unidet de tiempo fijo (17, 25, 42, 100 200 m) en superficie (estos retardos estn formadosCAPTULO 15333por una manguera y una caja plstica que contieneal retardo y puede conectar hasta 4 mangueras, deotro de los detonadores Nonel).El tendido para el canal puede ser tambin de 1, 2,3 ms filas, donde el primer taladro de cada filasale con 500 ms, como el Unidet ms utilizado esde 42 ms, el segundo taladro saldr con 542 ms,el tercero con 584 ms, y cada uno de los siguientescon 42 ms ms. Este sistema est ganando cadavez ms aplicacin por su simplicidad.CAPTULO 15334CAPTULO 15335EXCAVACIN EN LECHO DE ARROYOS Y ROSSIN PERFORACINA. Carga explosivaDepende del tipo de roca y de las condiciones dediseo: geometra de la zanja, profundidad de taladros,espaciamiento, etc. Usualmente se emplea dinamitatipo semigelatina (Semexsa) o hidrogel explosivo(Lurigel) como carga de fondo, y Examon o ANFO comocarga de columna. En roca muy resistente o con excesode agua se cargar gelatina a columna completa.B. Cruce de rosEs usual que el tendido del oleoducto cruce uno o msros, en este caso la excavacin de la zanja ser convoladura subacutica sin perforacin, con explosivoresistente al agua como Gelignita, Gelatina Especial90, Lurigel 800 o Exagel-E con dos mtodos:a. Explosivo en sus cartuchos convencionalesamarrados axialmente a un cable suspendido sobreel ro, formando una manga gruesa de largoequivalente al ancho del ro, cebado con cordndetonante. Se deja caer la manga, disparndolauna vez que toque el lecho del ro, lo que abriruna zanja irregular, que se limpia luego con unaexcavadora de almeja o de arrastre. La profundidadmxima para este disparo es de 3 a 6 m.b. Con cargas dirigidas o conformadas, tambinsuspendidas mediante un cable, y que se dejan caeren forma similar a la anterior, para tramos msanchos y hondos.CAPTULO 15336CAPTULO 15337CAPTULCAPTULCAPTULCAPTULCAPTUL O 16O 16O 16O 16O 16338339NORMAS Y ASPECTOS GENERALESLa voladura de rocas se considera un trabajo de altoriesgo, si bien su ndice de frecuencia en relacin conotros tipos de accidentes es menor, su ndice degravedad es mucho mayor, generalmente conconsecuencias muy graves que no solamente afectanal trabajador causante de la falla, sino tambin a lasdems personas, equipos e instalaciones que le rodean.Segn estadsticas en el mbito mundial, los accidentescon explosivos se producen mayormente por actosinseguros de los operarios, que por condicionesinseguras.La inexperiencia o negligencia por un lado y el excesode confianza por el otro han mostrado ser motivo del80 a 90% de los accidentes.Aunque no es razn primordial del presente tema tratarel aspecto personal, hay al menos 10 factores humanosque causan accidentes, los que en el caso especial delmanipuleo de explosivos y voladura, deben ser tomadosmuy en cuenta por todos los involucrados,especialmente por los supervisores responsables de lavoladura; stos son:A. Negligencia:- Dejar de lado las normas de seguridadestablecidas.- No cumplir con las instrucciones recibidas.- Permitir el trabajo de personas no capacitadaso dejarlas actuar sin supervisin.- Dejar abandonados restos de explosivos oaccesorios sobrantes del disparo.B. Ira, mal humor; consumo de alcohol y drogas:Contribuyen a que la persona acte irracionalmentey que desdee el sentido comn.C. Decisiones precipitadas:El actuar sin pensar o muy apresuradamenteconduce a actitudes peligrosas.D. Indiferencia:Descuido, falta de atencin; no estar alerta o soardespierto inducen a cometer errores en el trabajo.E. Distraccin:Interrupciones por otros cuando se estn realizandotareas delicadas o peligrosas, problemas familiares,bromas pesadas, mal estado de salud.F. Curiosidad:El hacer una cosa desconocida simplemente parasaber si lo que pasa es riesgoso, siempre preguntara quien sabe.G. Instruccin inadecuada, ignorancia:En este caso una persona sin entrenar o malentrenada es un riesgo potencial de accidentes.H. Malos hbitos de trabajo:Persistencia en cometer fallas sealadas a pesar delas recomendaciones impartidas, no usar losimplementos de norma, desorden.I. Exceso de confianza:Correr riesgos innecesarios por comportamientomachista, rebelda o indisciplina, demasiadoconfiado o muy orgulloso para aceptar recomen-daciones.J. Falta de planificacin:Se resume en el actuar de dos o ms personas,cada una de ellas dependiendo de la otra pararealizar algo que nunca se realiza.Todo supervisor debe tener presente que los accidentesocurren inesperadamente, pero que son previsibles;que la capacitacin constante y adecuada es condicinsine qua non para la seguridad, y que el trabajo esde equipo, con responsabilidad compartida. Debeactuar siempre con criterio y responsabilidad, tenerexperiencia en el trabajo, buen trato al personal perocon posicin de autoridad y ser perseverante en elseguimiento detallado de todas las etapas del trabajo.Debe conocer las normas y reglamentos de trabajo yseguridad internos y oficiales vigentes, las caractersticasy especificaciones de los explosivos y dems insumosque emplea y las condiciones de los frentes de trabajo(ventilacin, estabilidad, accesibilidad, vigilancia ydems).En voladura una sola persona debe ser responsablede todo el proceso de disparo; delegar funciones,pero al final todos deben coordinar con l e informarleverazmente todos los detalles a su cargo.UTILIZACIN DE EXPLOSIVOS COMERCIALESEl empleo de explosivos en minera, obras deconstruccin, demolicin y otros casos especiales, estnnormados en todo el mundo por reglamentosespecficos en cada pas y para algunos casos, comoel de transporte martimo o areo internacional, pornormas especficas como las de Bruselas(NABANDINA).En el Per corresponden a los del DICSCAMECReglamento de Control de Explosivos de uso civil DS019-71/IN-26/08/71 con sus modificaciones yampliaciones, como el DL 25707-21/8/92(emergencia) el DL 25643-29/7/92 (Importacin ycomercializacin) modificado por el DLEG 846-9/9/96, la RD 112-93-TCC/15-15-2/7/93 (transporte) yla circular 46-106-92 SUNAD-23/11/92 (verificacin),ms la Ley General de Minera 18880 DS 034-73 EM-DM, con su Reglamento de Seguridad e Higiene Minera,Ttulo III, Captulo I, Seccin VI Explosivos (artculos 108al 215 y anexos) aprobado por el DS 023-92 EM-9/19/92, que todo usuario debe conocer y aplicar, y sobrelos que se hace los siguientes comentarios generales:CAPITULO 16SEGURIDAD EN VOLADURA Y MANEJO DE EXPLOSIVOS340TRANSPORTE DE EXPLOSIVOS Y DETONADORESEn el transporte es fundamental reducir los riesgos deincendio, detonacin, robo y manipuleo por personasno autorizadas; debe ser efectuado solamente porpersonas competentes con suficiente conocimiento desu sensibilidad y efectuarse slo en vehculos enperfectas condiciones de rodaje, llevando losbanderines, extintores y dems implementos dereglamento. Los explosivos transportados en caminabierto debern cubrirse con una lona tanto paraprevenir prdidas como el deterioro por lluvia.Se evitar el maltrato del material por los operariosencargados de cargar o descargar el vehculo, los quemuchas veces por desconocimiento o apuro arrojanlas cajas al suelo o las estiban desordenadamente. Losagentes de voladura tipo ANFO o emulsin a pesar detener menor sensibilidad que las dinamitas y lasemulsiones e hidrogeles (sensibilizados al detonador yexplosiones fortuitas) por necesitar mayor energa parael arranque, no dejan de ser explosivos, y deben sertratados con las mismas normas de cuidado.Cualquier detonador o retardo independientemente desu construccin es muy sensible al dao mecnico ydebe ser tratado con mucho cuidado.Una de las ms severas prohibiciones es la que sealaque no se transportar ni almacenar explosivos juntocon iniciadores de ningn tipo.Existen tablas de compatibilidad de productos explosivospara su transporte y almacenaje, y smbolos pictricospara el etiquetado y el rotulado de su embalaje(ITINTEC P-339.015; IATA/OACI;ONU;DOT/USA).Por otro lado, el traslado de explosivos y detonadorescon personal, desde las bodegas o polvorines de minahasta los frentes de trabajo, debe efectuarse en formaseparada, manteniendo prudencial distancia entreellos; por ningn motivo los portadores se detendrnpara observar cosas, ayudar a otros trabajadores osimplemente conversar; nunca deben dejar el materialen otro lugar que el de trabajo. Los manojos de guasarmadas no se deben golpear ni arrojarimprudentemente al piso.No se debe transportar explosivos sobre laslocomotoras, ni permitir que contacten con lneaselctricas activas.Durante la carga y descarga de vehculos debeapagarse el motor y slo permanecer alrededor elpersonal autorizado (mnimo 50 m para cualquier otraactividad).ALMACENAJE DE EXPLOSIVOS EN LA MINA UOBRAA. PolvorinesLos explosivos deben guardarse en locales adecuados,protegidos y con acceso limitado, denominadospolvorines que pueden ser construidos en superficieo excavados como bodegas subterrneas.La regla principal es estar seguro de que su explosinfortuita no pueda causar daos a personas einstalaciones. Esto significa que explosivos ydetonadores deben ser almacenados de tal modo quesean inaccesibles a personas no autorizadas y queestarn protegidos contra eventos adversos y desastresnaturales e incendios. Varios factores influyen en eldiseo y ubicacin de los polvorines, entre ellos: laproximidad a reas de trabajo o de servicios, acarreteras, vas frreas, lneas elctricas troncales, reasdesoladas o de vivienda, disponibilidad de proteccinnatural del terreno o necesidad de hacer parapetosadecuados. Tambin la posibilidad de que estnplanificadas futuras construcciones en el rea propuestapara instalar el polvorn. Los de superficie deben serconstruidos con materiales que, en caso de explosin,se desintegren fcilmente para no causar daos a otrasinstalaciones y en los parajes con frecuentestempestades elctricas deben contar con pararrayospermanentes.Los subterrneos deben quedar lejos de los frentes detrabajo y de las instalaciones permanentes de subsuelo,estar protegidos contra filtraciones, inundacin ydesplomes. En caso de explosin no debern colapsarlos accesos a las zonas propias de laboreo.La construccin y ubicacin de polvorines y el transportede materiales explosivos est generalmenteespecificado por reglamentos. En el Per correspondena los de la DICSCAMEC, cuyo Reglamento en suCaptulo 5 Almacenaje, clasifica a los explosivos en4 categoras y 5 grupos para determinar las distanciasmnimas entre polvorines y otras instalaciones, deacuerdo a las cantidades mximas de explosivodepositadas.Una vez ubicado el polvorn debe estimarse el gradode dao que podra ocurrir si se produce una explosintotal del material almacenado. Si se trata de dos oms es importante que no estn ubicados muy cercaentre s, ya que la detonacin de uno puede muyfcilmente transmitirse a los otros, incrementando losdaos.B. AlmacenajeNormalmente se prohbe almacenar juntos explosivosy detonadores, que debern guardarse en depsitosindependientes y separados a distancia prudencial,tanto si se trata de los polvorines principales como delos auxiliares o bodegas de mina, debiendoestablecerse adems que no se almacenarncombustibles ni otros materiales junto con losexplosivos. Tampoco podr efectuarse trabajos deninguna clase en los polvorines, aparte de los detraslado y acomodo del material, refirindose estoespecialmente al encapsulado o preparacin deguas. No deben tenerse juntos el cordn detonante ylos detonadores o retardadores.Los polvorines deben ser instalados de tal manera quelos explosivos almacenados queden protegidos delfuego, robo y deterioro. El ambiente debe ser seco,CAPTULO 16341limpio y bien ventilado; deben contar con extintor enbuenas condiciones, con cerraduras inviolables y convigilancia efectiva. No se permitir fumar o hacer fuegoen un polvorn o en su alrededor, debiendo tener losavisos de peligro correspondientes.Cada producto deber almacenarse de acuerdo a lasrecomendaciones del fabricante y a los reglamentosvigentes; las cajas se apilarn por lotes, dejandoespacios libres para ventilacin (0,6 m a 1m).Teniendo en cuenta que el tiempo afecta a la vida tilde todos los explosivos y accesorios de voladura, serecomienda despachar siempre los lotes ms antiguoshasta agotarlos para reponerlos secuentemente con losms recientes. Para esto es importante llevar un controlde despachos detallado y actualizado.APLICACIN DE EXPLOSIVOSA. Riesgos predominantesEn los trabajos de voladura a cielo abierto, canteras,carreteras, obras civiles, demoliciones, etc. los riesgospredominantes son: La proyeccin de fragmentosvolantes, vibraciones y onda de concusin. Mientrasque en los de subterrneo son los desplomes y elgaseamiento por los humos de la explosin. En ambostipos de operacin pueden ocurrir fallas de disparocomo tiros prematuros o retardados, tiros soplados ytiros cortados.B. Perforacin, preparacin, carga y disparoEn subterrneo, los accidentes ms serios que puedenocurrir durante la perforacin y carga de explosivosson: La detonacin prematura de uno a todos lostaladros de una tanda y colapso o desprendimiento derocas del techo o paredes de la galera, razn por laque jams se deber iniciar un trabajo si la labor noha sido previamente desquinchada y asegurada.Durante la perforacin se puede golpear o barrenarexplosivo; por ejemplo, al perforar muy junto a unbarreno cargado o a huecos quedados en un frontnanteriormente disparado y que contengan an tacosde explosivo sin detonar.Jams se deber reperforar un hueco quedado porfacilitar el trabajo, ya que este error ha costado muchasvidas. Los tiros cortados o fallados y los tacos quedadosdebern ser limpiados totalmente con aire comprimidoo chorro de agua antes de continuar el trabajo.La preparacin de los cebos en el frontn requierecuidado; los detonadores no deben golpearse ni forzarsu introduccin en los cartuchos. El punzn ser demadera o bronce. El trabajo debe efectuarse lejos delas perforadoras y de las cajas con explosivo.El confinamiento de los cartuchos con el atacador notiene que ser violento. El cebo no debe atacarse, sloempujarse suavemente.Otro riesgo latente en la carga es en el empleo deequipos de carga con aire comprimido y manguerapara el ANFO, ya que el rozamiento puede originarcargas electrostticas lo suficientemente activas comopara hacer estallar prematuramente al fulminante, poresta razn slo deben emplearse manguerasantiestticas o semiconductoras adems de conectaral equipo cargador con lnea a tierra.En subterrneo, donde generalmente se tiene lneasde riel, cables elctricos, tubos de aire comprimido yductos de ventilacin forzada, el riesgo se incrementaal tender descuidadamente los alambres de disparoelctrico sobre estas instalaciones.Antes del disparo el mayor riesgo es el de los tirosprematuros que pueden ocurrir por: maltrato delexplosivo o de los detonadores; efecto de descargaselctricas y corrientes vagabundas sobre detonadoreselctricos no aislados; encendido incorrecto, y uso deguas de seguridad de tramos muy cortos o pordesconocer su real velocidad de quemado paracontrolar el tiempo de encendido de todos los taladrosde la tanda y salir a tiempo del frontn.En el Per los lmites de velocidad de la mechaoficialmente van de 150 a 200 s/m (51 a 53 s/pie) demodo que la costumbre de considerar un minuto porpie ha causado muchas vctimas por salidasprematuras.En superficie, el trnsito de vehculos y personas sobrelas lneas de cordn detonante y accesorios de disparo,an sin llegar al extremo de una explosin, puedemalograr una voladura bien planificada. Cortar tramosde cordn detonante golpendolo con piedras a faltade navaja lo puede iniciar y causar un desastre, msan si est conectado a taladros cargados. Igualmenteriesgoso es golpear las mangueras de conduccin delos detonadores no elctricos de cualquier tipo.En casos particulares se presentan riesgos especficospor alta temperatura en los taladros, ambienteinflamable con presencia de SO2 o condicionesclimticas extremas, que requerirn de mtodos y deexplosivos adecuados para evitar tiros prematuroscuando el personal an est trabajando en el rea devoladura.C. Descargas elctricasUn rayo es perfectamente capaz de activar a undetonador elctrico, sea que ste se encuentreconectado o no. Por ello, en regiones susceptibles atormentas elctricas, se preferir el empleo deaccesorios no elctr icos, y suspenderse lasoperaciones de carga cuando se presienta unatormenta elctrica.CAPTULO 16342D. DisparoAntes de proceder al disparo se deben verificar todoslos empalmes y conexiones del tiro, observar que noqueden restos de explosivo, accesorios ni herramientasabandonados, y asegurar que todo el personal se hayaretirado a un lugar protegido. En superficie comprobarque todos los accesos al rea de la voladura quedencontrolados por vigas debidamente instruidos quedebern permanecer en su lugar hasta despus de lavoladura.El riesgo de accidentes durante la explosin ensubterrneo se obvia porque no queda personal cerca,mientras que en superficie la situacin es diferente.La proyeccin de fragmentos volantes representa unserio problema en la voladura superficial, no slo porlos hombres que pueden ser impactados y heridos, sinotambin por los equipos o instalaciones que puedanser daados. Puede originarse por exceso de cargaexplosiva, falta de taco, roca muy suelta o fisurada,burden irregular o muy corto, fallas geolgicas uoquedades encubiertas, fallas en la perforacin otambin disparo con tiempos de retardo muy largosentre los taladros.En la voladura de taladros de gran dimetro y pocaprofundidad denominada voladura de crter, lamenor proporcin entre altura de banco y dimetro dehueco no permite mantener un taco sin carga de iguallongitud que el burden, como en la convencional, yaque resultara en muy bajo factor de carga y deficienterendimiento del tiro. Esto obliga a compensar el factorcargando los taladros hasta muy cerca de la superficie,lo que lamentablemente produce fuerte proyeccinde fragmentos volantes. Por esta razn, como medidade precaucin, se tratar de evitar su ocurrencia.El mismo problema presenta la voladura secundariade plastas y cachorros. Como los fragmentos volantesviajan a distancias y en direcciones impredecibles, sedebe tener especial cuidado en la evacuacin depersonas y equipos a la mayor distancia de seguridadposible, y colocar vigas bien instruidos en todos losaccesos al rea de disparo.Si bien la vibracin y onda acstica no presentanproblemas en las operaciones de minera, tienen queser tomadas muy en cuenta cuando se trata de obrasciviles cercanas a poblaciones o instalacionesindustriales ya que sern motivo de reclamos,justificados o no, sobre daos a propiedad ajena.Estos efectos pueden ser reducidos mediante el empleoadecuado de detonadores de retardo, el clculocuidadoso de la carga especfica de explosivo porhueco, su orientacin y buen taponado, habiendo casosincluso en que ser necesario el empleo de mallaspesadas de retencin para los fragmentos volantes.El encendido y disparo de explosivos debe hacerse pornorma en un horario determinado, conocido por todoslos trabajadores.EVALUACIN DE LA VOLADURA, SEGURIDADDespus del disparo y solamente despus de haberpasado un tiempo prudencial el encargado de laoperacin regresar al lugar de la voladura paraefectuar su evaluacin de la fragmentacin, empuje,volumen removido y sobre rotura. Es en este momentoque deber tener presentes los riesgos de gases txicosremanentes, restos de explosivo o accesorios nodetonados (tiros fallados) y el desprendimiento debloques de roca capaces de causar dao. En estos casosse prohibir el acceso al lugar hasta no haber conjuradoel peligro.Tiros FalladosSon un punto especial en voladura. A pesar de todaslas recomendaciones de preparacin y disparo, todousuario eventualmente se encontrar con este problemaque por lo general afecta a uno o ms taladros de untiro, y debe estar preparado para solucionarlo. Sediferencian tres tipos:a. Tiro retardadoEs el que no sale a su tiempo o junto con el resto deuna tanda. Presenta grave riesgo para el personal quereingrese al frente del disparo sin haber dejado pasarun tiempo prudencial.No es comn y puede ocurrir por: defecto del detonadorde retardo, por mecha de seguridad defectuosa odemasiado lenta y menos factible, por deterioro delexplosivo, que no se inicie de inmediato y slo ardalentamente hasta llegar a detonar.b. Tiro sopladoEs un tiro que sale sin fuerza, no hay rotura niempuje adecuado del material. El explosivo esexpulsado del taladro o simplemente deflagra sinllegar a detonar.Generalmente ocurre por mala dosificacin de la cargao mala seleccin del explosivo respecto a la dureza dela roca, mal atacado, falta de potencia del iniciador,falta de taco inerte o uso de explosivo hmedo. Tambinpor excesiva distancia entre los taladros.Los tiros se soplan tambin por los fenmenos de efectocanal o de sobre compresin, que terminan endesensibilizacin (death pressing).c. Tiro cortadoEs un tiro que no sale por falla de cualquiera de loselementos principales: iniciador, gua o explosivo. Esmuy peligroso porque deja testigos que debeneliminarse para poder continuar el trabajo.Pueden originarse por:CAPTULO 163431.1.1.1.1. FFFFFalla de encendido con fulminantes: alla de encendido con fulminantes: alla de encendido con fulminantes: alla de encendido con fulminantes: alla de encendido con fulminantes: puedenser por falla de fbrica; falta de fuerza delfulminante, mal ajuste con la mecha; demasiadaseparacin entre la plvora de la mecha y lacarga del fulminante; deterioro por humedad,extremos de la mecha deshilachados y falla delconector de mecha rpida que no encienda a lamecha lenta.2.2.2.2.2. Con detonadores elctricos:Con detonadores elctricos:Con detonadores elctricos:Con detonadores elctricos:Con detonadores elctricos: por malos empalmes,corto circuito o escapes a tierra, falta de fuerza deldetonador, falta de potencia del explosor,detonadores defectuosos, circuitos mal diseadoso tiempos de retardo inadecuados, y por el empleode detonadores de diferentes tipos o marcas en unmismo disparo.3.3.3.3.3. Con detonadores tipo Nonel (no elctricos):Con detonadores tipo Nonel (no elctricos):Con detonadores tipo Nonel (no elctricos):Con detonadores tipo Nonel (no elctricos):Con detonadores tipo Nonel (no elctricos): porfalla de fbrica, malos empalmes, doblez o cortede la manguera transmisora.Se ha demostrado experimentalmente que ladetonacin de un fulminante puede ser transmitidahasta 20 cm de distancia, detalle importante paraprevenir detonacin en masa de detonadoresdurante su ensamblaje y en el transporte de guasarmadas.4.4.4.4.4. FFFFFallas de la mecha y del cordn detonante:allas de la mecha y del cordn detonante:allas de la mecha y del cordn detonante:allas de la mecha y del cordn detonante:allas de la mecha y del cordn detonante: fallapor defecto de fabricacin; por ejemplo:discontinuidad del alma de plvora o de pentrita;velocidad de quemado irregular; fallas en lacobertura o forro que permitan el humedecimientodel explosivo; rompimiento bajo tensin al serestirado e irregularidades en el dimetro exteriorque no permitan el perfecto ajuste del fulminante.Fallas por maltrato: doblez o aplastamiento; cortecon navajas sin filo o con golpe de piedras, y cortesde las lneas tendidas por piedras o fragmentosvolantes durante el disparo.5.5.5.5.5. FFFFFallas del explosivo:allas del explosivo:allas del explosivo:allas del explosivo:allas del explosivo: son menos comunes, podranocurrir por uso de explosivo en malas condiciones,deteriorado o humedecido debido a almacenajemuy prolongado en ambiente inadecuado. Uso deexplosivo inadecuado para determinado trabajo,por ejemplo ANFO para trabajo en taladros conagua.SensitividadEl uso de iniciador inadecuado o insuficiente para undeterminado explosivo no permitir su arranque, porejemplo, un agente de voladura tratado de iniciardirectamente con un fulminante comn sabiendo querequiere un cebo.La transmisin o simpata puede interrumpirse por ungap excesivo entre cartuchos, o por un cuerpo extraoen el taladro, haciendo fallar a parte de la columnaexplosiva.Condiciones ambientalesSe observa que algunos explosivos tienden a perdersensibilidad y capacidad de transmisin en lugareselevados y muy fros, otros se descomponen enambientes calurosos y hmedos. Tambin se hamencionado que un atacado exagerado o unfenmeno de sobre compresin en el taladro puedeninsensibilizar al explosivo al incrementarle la densidaden forma excesiva.TRATAMIENTO DE FALLASMedidas generalesA. Esperar un tiempo prudencial antes de acercarse alfrontn (usualmente 30 minutos).B. Retirar a todo el personal no necesario o novinculado al trabajo de eliminacin de tiros fallados.C. Dar parte inmediato del problema al Departamentode Seguridad, al Jefe de Seccin o AdministracinSuperior, y a todo el personal que trabaja en elsector. Dar instrucciones precisas a los vigas ydinamiteros para efectuar una labor coordinada.D. Examinar el frente disparado con cuidado en sutotalidad, ubicar los tacos quedados, buscar losrestos de explosivo y accesorios no explotados entrelos escombros de la voladura, recogerlos si esfactible y llevarlos a lugar seguro para eliminarlos(los que se vean peligrosos se podrn plastear insitu).E. Eliminar los tacos quedados con chorro de agua, ocolocarles un nuevo cebo y volverlos a disparar, enltimo caso con una plasta o parche encima.F. Jams se tratar de extraer el explosivo de un tacoquedado mediante el cucharn o atacador. Antesque ingrese el equipo de limpieza para cargar elmaterial disparado asegurarse de recoger todo restode explosivo y accesorios remanentes, ventilar yregar el frente disparado y asegurar los techos otaludes para evitar desprendimientos de la roca.Despus de terminada la operacin de limpieza, aliniciarse la nueva perforacin se debe asegurar que elpersonal no vuelve a taladrar en las caas de taladrosanteriores aunque no se vea explosivo en ellos.DESTRUCCIN DE EXPLOSIVOSReferenciasDICSCAMEC: DS 019-71-IN. Captulo IX Artculo157-166. LGM-Reglamento de Seguridad Minera Anexos 1 y 2. Para deshacerse de explosivos yaccesorios deteriorados deben seguirse lasrecomendaciones de los fabricantes y las normas deseguridad vigentes, con personal experimentado, enlugares apropiados, guardando las distanciasprescritas. Usualmente se aplican tres mtodos: porcombustin, por explosin y por agua o compuestosqumicos. Jams aplicar el mtodo de simple entierro.CAPTULO 16344A. La destruccin por combustin consiste en quemarlos residuos extendidos sobre papel o cartn,rocindolos con un poco de petrleo yencendindolos a distancia. Cada montn aquemar no debe exceder de 15 kg, no utilizandoel mismo emplazamiento para otras quemas.B. La destruccin por explosin consiste en confinarel material deteriorado en un taladro de voladurao en un hoyo bajo tierra o arena, para detonarlocon una carga explosiva, tambin en lotespequeos.C. La destruccin por agua se aplica para disolver alANFO y otros nitratos. Algunos explosivos sedescomponen con productos qumicos como laacetona, mayormente al nivel de laboratorio.La combustin por ejemplo es aplicable a las dinamitasy mecha de seguridad; las emulsiones hidrogeles ydetonadores se destruyen slo por explosin; el aguadisgrega a los nitratos y algunas dinamitas, no a lasemulsiones o hidrogeles.El papel, cartn y otros materiales de embalaje nodeben usarse para otros fines y se destruirn porquemado en capas delgadas, situndose a no menosde 30 m del punto de destruccin.GASES Y POLVOToda voladura genera cierto volumen de gases y polvo,que se mantienen en el ambiente durante un tiempodeterminado hasta ser disipados mediante la ventilacinnatural o forzada de las labores disparadas, por loque slo se ingresar a una labor disparada despusde que se hayan disipado los humos.Entre las caractersticas tcnicas de los explosivos semenciona su categora de humos como 1ra, 2da o 3ra,establecida en base a la concentracin temporal deCO, NO y NO2, sealando que en su generacin,grado de toxicidad, persistencia y disipacin intervienendirectamente varios factores: la composicin delexplosivo y su balance de oxgeno en la detonacin; lacarga y el encendido; las caractersticas de la roca odel mineral disparado; el tiempo y el flujo de aire deventilacin en las labores.En cuanto a su implicancia sobre la seguridad y saluddel personal es importante sealar los siguientesaspectos:Los gases segn su naturaleza pueden ser: inocuos,irritantes, nocivos o venenosos, y generan los siguientesriesgos:- Asfixia, por anoxia, al desplazar al aire.- Intoxicacin, envenenamiento y muerte, segn suscaractersticas letales.Estos efectos estn condicionados por el tiempo deexposicin de la persona y por el nivel de concentracindel gas en el ambiente, que determinan el grado deintoxicacin, calificndolo desde leve, notable, severo,grave hasta mortal. Tan inconveniente es un largotiempo de permanencia en un ambiente con bajaconcentracin, como un corto tiempo, en uno conelevada concentracin.Los lmites permisibles de concentracin de gases parauna jornada de 8 horas de exposicin (por debajo delos cuales el trabajador podr laborar sin problema)se han establecido en el Per por el DS 034-73 EM/DGM del 16/08/75 Artculo 277 del Reglamento deSeguridad Minera y por el DS 00258-75 del 22-09-75, Artculo 1 Tabla 1 Valores lmites permisiblespara agentes qumicos en el ambiente de trabajo,resumidos en el siguiente cuadro, donde:CAPTULO 16MAC = VALORES MXIMOS DE CONCENTRACIN ADMISIBLES PARA UNA JORNADA DE 8 HORAS DE TRABAJOVL = VALOR LMITE (MXIMA EXPOSICIN DE 15 MINUTOS)GASES MAC PROPORCIN VOLUMTRICA VLMonxido de carbono (CO) = 50 ppm 0,005% mximo 100 ppmDixido de carbono (CO2) = 0,5% max - 1,5%xidos nitrosos: (NO) = 25 ppm - 25 ppm(NO2)= 5 ppm 0,0005% mximo 20 ppmAnhidrido sulfuroso (SO2) = 5 ppm 0,0005% mximo 10 ppmOxgeno puro (O2) = 19,5 % mnimo - 16%Hidrgeno (H) = 0,5 % mximo - -valores que tienen como base lecturas a 20 0C y 760 mm Hg (1.013 bar)donde: ppm = partes por milln1ppm = 1 cm3 (gas o vapor) en 1 milln de dm3 (1 m3) de aire y10 000 ppm = 1% en volumen345Se sobreentiende que en el momento del disparo losvalores pico sobrepasan estos lmites, mantenindoseelevados corto tiempo, ya que conforme se disipan losgases, stos tendern paulatinamente a cero. El tiempode limpieza vara para cada condicin de trabajo enparticular y debe ser controlado peridicamente por eldepartamento de seguridad, con equipos e instrumentosadecuados y aprobados.Segn el Artculo 282 del RSM, est prohibido ingresara una labor recin disparada mientras que no se hayaverificado que la contaminacin ambiental est dentrode los lmites establecidos por el Artculo 277.Respecto a la ventilacin en subsuelo la cantidadmnima de aire necesaria por hombre es de 3 m3/minen 1 500 lugares de trabajo hasta 1 500 m de altitud(100% ms sobre 4 000 m) Artculo 304 y la velocidaddel aire no debe ser menor de 15 m/min, Artculo 306-307.En la minera metlica subterrnea los gasespreponderantes son CO, CO2 y los xidos nitrosos NO,NO2, Nx, Oy, eventualmente algo de AlO2 y en menorescala SO2, SO3 y SH2 en zonas con abundancia depirita y sulfuros metlicos. Como informacin generalse menciona lo siguiente:A. Peligrosidada. Monxido de carbono (CO), densidad 1,25 kg/m3El CO es incoloro, inodoro e inspido y ha causado elmayor porcentaje de accidentes fatales porgaseamiento en minera. Sin hacerse notar actadirectamente sobre la sangre, saturndola en formagradual y continua, privando a los tejidos del oxgenonecesario.Se combina con la hemoglobina 300 veces msrpidamente que el oxgeno formando la car-boxihemoglobina (COhb) que bloquea la transferenciadel oxgeno produciendo sntomas tpicos de asfixiainterna. El envenenamiento es gradual, exteriorizndosepor dolores de cabeza, nuseas, vmitos, sopor, atona,vrtigo, inconsciencia y finalmente muerte (cuando lasaturacin con COhb llega al 80%); la vctima presentaenrojecimiento de la piel. A elevada concentracin(>1%) provoca la muerte en 1 a 2 minutos porparalizacin del centro respiratorio y colapso cardacosubsecuente.El nico mtodo para salvar a una persona con sncopapor CO es llevarla al aire libre, proporcionarlerespiracin artificial con oxgeno puro, abrigarla einyectarle un estimulante cardaco si el pulso es dbil.EL nivel de CO en subsuelo se incrementa con el humode los motores diesel mal regulados.b. Bixido o anhidrido de carbono (CO2)Por otro lado, el CO2 al ser incombustible puede causarla muerte slo por sofocacin; su densidad es de 1,97kg/m3 ubicndose en las partes bajas de las labores;es incoloro; a elevada concentracin es irritante paralas mucosas de la nariz y ojos y tiene un olorligeramente cido.c. Gases nitrosos NO y NO2Estos gases son fcilmente percibidos por el olfato ypor ser fuertemente irritantes para los ojos y varespiratoria. Su densidad (NO: 1,34 kg/m3 y NO2: 1,45kg/m3) hace que tiendan a permanecer en mayorproporcin en el piso y paredes que en el techo de laslabores; incluso quedan remanentes entre losescombros de la voladura que slo al palearlos se vandisipando poco a poco.El NO es inodoro e incoloro, pero se combinarpidamente con oxgeno para formar NO2, que es decolor pardo, amarillo-naranja a rojizo segn el rangode combustin en la detonacin, tiene olor persistentea amonaco o cido ntrico. Como agente oxidanteenrgico se diluye en el agua formando cido nitrosoy ntrico.El NO2 aspirado inflama los tejidos del tractorespiratorio y pasa directamente a los alvolos,formando en ellos cido ntrico que ataca los tejidosblandos. Los sntomas iniciales son cefalea y ligeromalestar, luego tos y vrtigo. Si la persona no recibeatencin mdica, estos sntomas se agravan comobronquitis aguda con angustia respiratoria, disnea,cianosis y edema pulmonar, que puede producir lamuerte entre 6 y 48 horas despus de haber respiradoalta concentracin de estos gases.La persona afectada debe ser sacada rpidamente alaire fresco y recibir asistencia mdica, preferentementehospitalizada como mnimo 48 horas para control, yaque en muchos casos, despus de los primeros auxiliospresenta un cuadro de aparente recuperacin,engaosa, y se va a su domicilio donde, despus dealgunas horas le sobreviene un malestar general queculmina en edema pulmonar e hipotensin, que sinatencin mdica produce la muerte al segundo o tercerda. A concentraciones sobre 300 ppm causa muertesbita.El exceso de gases nitrosos en los disparos se debeprimordialmente a:- Deficiente detonacin; cuando por falta deconfinamiento o por el empleo de un iniciadordbil, el explosivo del taladro no detonacompletamente y slo llega a deflagrar.- Mala mezcla de los agentes explosivos, como elANFO y similares.- Degradacin del explosivo durante el almace-namiento (shelf life).- Disparo de taladros anegados con explosivo noresistente al agua.- Sobrecarga de los taladros.Los gases sulfurosos se presentan muy eventualmentey en menor escala, ms por descomposicin de materiaorgnica que por disparo, pero se mezclan con losdems, son densos, malolientes e irritantes de lasmucosas. La piel y sangre de las vctimas toma colorCAPTULO 16346Estos explosivos generan, en general, los siguientesgases: NO, NO2, CO, CO2.En resumen, el concepto de seguridad en el empleo deexplosivos para voladura subterrnea enfoca a dos fases:- La de preparacin del disparo.- La de evaluacin de los resultados.En la primera fase, el objetivo es evitar la ocurrenciade tiros prematuros en el frontn.En la segunda fase, evitar el reingreso del personal ala labor disparada antes de que se hayan disipadototalmente los gases del disparo, se haya estabilizadoel techo para evitar la cada de rocas y se prevenga laocurrencia de tiros retardados.verdoso, tambin pueden ser letales a elevadaconcentracin.B. PolvoEl volumen de polvo producido por las voladuras esmenor al normalmente resultante de las demsoperaciones de explotacin y se debe controlarmediante el riego del frontn, antes y despus deldisparo (RSM Artculos 278-280-281-283). Los msperniciosos son los de slice y carbn que por fijacinde partculas muy finas en los alvolos durante largotiempo de exposicin producen silicosis y antracosis.Se clasifican en:a. De primera clase:Contienen ms del 30% de slice libre, sulfurosminerales, talco. Lmite permisible: 2 mg/m3.b. De segunda clase:Contienen menos del 30% de slice libre, xidos dehierro y otros. Lmite permisible: 5 mg/m3.c. De tercera clase:Otros polvos. Lmite permisible: 10 mg/m3.Teniendo en cuenta todo lo anterior, conviene sealarque en muchos casos para la prevencin de gases slose tiene en cuenta a la categora de humos sealadapor el fabricante, e incluso se compara y selecciona eltipo de explosivo a usar sobre la base de esta premisa,cuando en realidad muchos ms determinantes sonlas condiciones de ventilacin del frente de trabajo y elasegurar una completa detonacin de toda la cargaexplosiva. As una labor ciega va a retener mayor tiempoa los gases de un disparo efectuado con igual carga ytipo de explosivo que otra abierta y bien ventilada.En el fondo todos los explosivos comerciales generande origen los mismos gases, por la similitud de sucomposicin, con ligeras variaciones en porcentajes,que se acentan por las condiciones ambientales y porel cuidado empleado en el trabajo o del disparo. Comoreferencia se muestra un cuadro simplificado de lacomposicin bsica de los grupos de explosivosactualmente empleados en voladura de rocas:CAPTULO 16GRUPO OXIDANTE COMBUSTIBLE SENSIBILIZADORDinamitas: Nitrato de Amonio Harina de madera Nitroglicerina(molido) (orgnico)Hidrogeles: Nitrato de Amonio Petrleo y gomas Aminas(en solucin) (orgnico)Emulsiones: Nitrato de Amonio Petrleo y aceites Aire(en solucin) emulsificantes (microbalones)ANFO: Nitrato de Amonio Petrleo Aire(granular) (poros)ANFO Pesado: Nitrato de Amonio Petrleo Aire y los prillsgranular (ANFO) de Nitrato dey en solucin (emulsin) Amonio347C. Proyeccin de rocas (fly rocks, proyectileso galgas como se denominan en algunoslugares del Per)Roca volante en voladura es simplemente un fragmentode roca arrojada al aire con violencia como resultadode una explosin, por tanto con gran potencial decausar daos.La inesperada, incontrolada e indeseada proyeccinde fragmentos a distancias ms all de las estimadascomo lmite normal de desplazamiento de los detritosde una voladura, representan el ms serio problemade seguridad en razn de que el impulso delanzamiento aumenta con el mayor dimetro del taladroempleado, el riesgo es serio en minas y obras donde setrabaja con dimetros grandes de taladro y con agentesexplosivos que generan alto volumen de gases.El riesgo es naturalmente mayor para personas yedificaciones cercanas a disparos en reas urbanastanto as que algunos reglamentos de construccinprohben efectuar disparos de excavacin sin mantasprotectoras pesadas (blasting mats).D. Aspectos determinantes en la generacinde rocas volantesa. GeologaEn trminos generales, las rocas altamente fisuradas yalteradas que muestran planos de debilidad notorios ydefinidos, as como las de conformacin heterogneatales como brechas y conglomerados con matriz dbil,tienen mayor propensin a ocasionar proyecciones quelas rocas homogneas y compactas.Un taladro localizado muy cerca a una fractura abiertaencontrar una zona de debilidad por la cual soplarnlos gases lanzando fragmentos, igual caso ocurrecuando un taladro es abandonado y un segundotaladro de correccin se perfora al lado, en este casoel abandonado debe ser llenado para no quedar vaco.Una cavidad natural, grietas, oquedades y cavidadesde disolucin se traducen en zonas de debilidad.b. DiseoLa calidad de perforacin es primordial, comprendeal burden correcto, espaciamiento, sobreperforacin,alineamiento de los taladros y dimetro, acordes conla altura del banco.Un burden corto, con amplitud menor a 25 veces eldimetro del taladro proporcionar un elevado factorde carga hacia la cara libre (igual ocurre cuando lacara frontal presenta oquedades), mientras que unburden excesivo crear violencia en la zona del collar,especialmente si el taco es insuficiente, generandoefecto de craterizacin y proyecciones hacia arriba.c. ExplosivosUn incremento de la carga especfica resultar en unafragmentacin promedio ms reducido y en una mayorvelocidad de impulsin. Las cargas explosivasconcentradas ms cercanas a la superficie (collar) ya la cara libre del banco tienden a proyectar ms,por lo que se debe tener especial cuidado con lacantidad y distribucin del explosivo por taladro. Losdisparos simultneos de varios taladros presentanmayor probabil idad de proyeccin que lossecuenciados en los que se aplica encendido conretardos escalonados.d. Falta de cuidadoEl descuido o negligencia en cualquier etapa del diseo,del replanteo del trazo de perforacin, de la carga ytaponado de taladros o del ensamble del sistema deencendido secuenciado, puede motivar una situacinpeligrosa.e. Tipo de voladuraEl lanzamiento de esquirlas se presenta tanto ensubterrneo como en superficie.En superficie se tiene dos categoras de voladura:primaria o de produccin, con dos tipos de trazo (debanco y de crter) y secundaria, para eliminacin depedronera.1. Primaria- De banco con taladros profundos con relacin a sudimetro. En ella los parmetros de taladro sonproporcionales y normalmente constantes la partesin carga explosiva en los taladros suele ser igual aun burden mximo en longitud, procurndose queno llegue a ser menor al 50% del burden . La cargaexplosiva es columnar.- De crter. Se caracteriza por tener taladros pocoprofundos en relacin a su dimetro grande. Lacarga explosiva se define como carga concentrada,puntual o esfrica (point charge), de una longitudslo equivalente hasta de 6 dimetros del propiotaladro. Presenta la situacin ms peligrosa por sugran tendencia a expulsar fragmentos hacia lacercana de la carga explosiva a la superficie.CAPTULO 163482. Voladura secundaria con plastas y cachorrosSon una fuente tpica y habitual de proyeccin en raznde su mnimo confinamiento y proteccin natural,representando un alto factor de riesgo. Normalmentelos fragmentos vuelan lejos, por lo que esrecomendable disparar los pedrones en reas dondeno estorbe la operacin de rutina, y lo suficientementecercanas a las paredes o taludes de los bancos paraaprovechar al menos en parte su efecto de pantalla.f. Tipo de proyectilLos fragmentos de roca volante tienen diferentestamaos y formas y viajan tan lejos como pueden conel rumbo y ngulo con el que salen orientados.Referencialmente, se tienen dos tipos de proyectiles:1. Tipo 1: son los que ocurren directamente sobre, oal cercano alrededor de la voladura. Por lo generaltienen elevado ngulo de trayectoria parablica,como un proyectil de mortero de infantera, cuyoalcance en altura vara desde unos pocos a msde cien metros, pero que normalmente no viajana gran distancia horizontal desde su punto deorigen. Usualmente estn asociados a disparos conpoco recubrimiento sobre la carga explosiva, asopladuras o voladuras de crter.2. Tipo 2: los fragmentos de roca de este tipo actancomo un proyectil de artillera, recorriendo grandistancia desde su punto de origen, con unatrayectoria relativamente baja y tendida, viajandoa gran velocidad segn su impulso, tamao y peso.Normalmente este tipo es el ms peligroso por loimpredecible de su rumbo y alcance, y puedenocurrir en todo tipo de voladura, saliendo tanto dela cara libre frontal como del interior de la voladura.CAUSAS DIRECTASPodemos considerar entre ellas a:A. Sobrecarga de los taladros; esto puedeocurrir:a. Cuando por garantizar el resultado de un disparose exagera la dosis de explosivo por m3 a romper.b. Cuando un taladro se bloquea, por ejemplo conuna piedra atracada, es comn que losoperadores compensen la deficienciasobrecargando la parte libre, a veces hasta lamisma boca del taladro.c. Cuando con un dimetro grande de taladros seajusta demasiado la malla de perforacin, conburden y espaciado muy cortos.B. Burden muy cortoUn burden muy corto resulta como consecuenciade error de clculo en el diseo del trazo deperforacin, o tambin eventualmente cuando porefecto de excesiva sobrerotura hacia atrs deldisparo anterior la nueva cara frontal resultaexcesivamente fisurada y debilitada, al extremo decrearse concavidades que reducen el espesor delburden en determinados sectores.La existencia de pequeas cavernas de disolucininternas, capas o diques de material suave y dbil,o fallas estructurales tambin en muchos casos danlugar a burden muy corto.Una sobrecarga excesiva al fondo de los taladrosde la primera fila crear una situacin similar aburden corto en la base del banco.Un frente que ha perdido parte del material delburden por debajo de la cresta puede originarproyecciones si no se compensa la deficienciareduciendo el factor de carga, o si no se coloca undeck (puente) sin carga en la columna explosiva alnivel del sector debilitado.C. Burden excesivoUn burden demasiado largo generalmente resultade un mal diseo del trazo de perforacin, o deuna incorrecta distribucin del orden de salida delos taladros. Tambin de un factor de cargademasiado bajo asociado a un taco inadecuado,lo que generalmente repercute en craterizacin conproyeccin de fragmentos hacia arriba.D. Distribucin de la carga explosivaTanto en cada taladro como en la voladura enconjunto, una mala distribucin de la energaaplicada sobre la roca propender a crearpresiones excesivas en determinados puntosoriginando centros de proyeccin excesiva,digamos por ejemplo: en un taladro cargado casihasta el tope habr proyecciones desde la boca ycuello del taladro; o en un taladro que hayaatravesado a una oquedad del terreno, a una falla,o a una capa de material suave estando cargadoa columna completa (sin deck) producirproyeccin desde ese punto.El mejor remedio en estos casos es: para el primero,reducir la carga o aumentar el taco para elsegundo, intercalar un taco inerte en el sectorproblema de la columna explosiva.a. La carga de cada taladro en la primera fila secalcular individualmente en base al burdenreal, que puede haber sido reducido por efectosdel disparo anterior, por fisuras o defectos de laroca, o por taladros inclinados errneamente.b. La carga por metro cbico de roca no deberser excesiva.c. Toda grieta, fisura o rea de debilidad de laroca deber ser cuidadosamente registrada ytomada en consideracin.E. Error en la secuencia de encendidoUn tiro fuera de secuencia es igual a un tiro conburden excesivo. Ejemplo: si un taladro de segundafila sale antes que otro de primera fila provocarproyecciones hacia arriba.CAPTULO 16349La secuencia de encendido se planear de maneraque el retardo de encendido entre los taladrosadyacentes no sea mayor que 100 m. Aprofundidades de taladros menores a 1,5 m elretardo entre taladros adyacentes no deberaexceder de 50 a 60 m.F. Geometra de perforacinEs muy importante comprobar que las variantesgeomtricas de la voladura coincidan con las dediseo. Muchas veces hay errores o fallas que no senotan, como un mal alineamiento de taladros de laprimera fila o insuficiente burden al pie del banco.En la superficie es fcil comprobar las distanciasde taladro a taladro, pero si estos se perforandesalineados o tienen excesiva deflexin puedenpresentar discrepancias inconvenientes abajo, dehueco a hueco, con un incremento circunstancialde la carga en determinado sector.Si un taladro se acerca mucho a la cara libre elburden resultar insuficiente. Un taladro de segundafila muy cerca del de la primera incrementar lacarga base con excesivo factor que puede generarsoplos y proyeccin a nivel del piso; en este caso losfragmentos provendrn del ncleo de la voladura.CAPTULO 16350CAPTULO 16351MEDIDAS DE PREVENCIN Y PROTECCINLas rocas volantes son un riesgo latente y la mejorproteccin es una distancia segura y coberturaadecuada. Todo operador debe ser instruido al respectoy saber hacia donde dirigirse para proteccin.Es muy importante evitar tiros prematuros, pues estosno avisan ni dan tiempo a escapar.No correr riesgos innecesarios ni permitir que otros loscorran por ignorancia, desconocimiento del disparo oincluso machismo, razn por la que es de primeraimportancia montar un eficiente sistema de vigilanciapara alertar a las personas ajenas y evitar que seacerquen al rea de voladura en el momento deldisparo.La voladura secundaria de bolones preferentementese debe hacer simultneamente con la primaria. Si seefectan en forma separada se tendr dos fuentes deproyecciones.Una forma de prevenir los lanzamientos es evitar elefecto de crateo y otra es cubrir las voladuras.La cobertura de un disparo en obras civiles tales comozanjas, excavaciones para cimentacin, y demoliciones,especialmente en reas pobladas o de dao ainstalaciones, deber adaptarse a las condiciones y tipode voladura a efectuar. Las mantas de jebe paravoladura (blasting mats) usualmente confeccionadascon llantas usadas entramadas, o con trozos de bandatransportadora solapados y unidos con cable de aceroo cadenas, con dimensiones usuales de 10 a 12 m2 yque se fijan al terreno sobreponindoles sacos de tierrao arena, son el medio ms utilizado.Para la prctica se recomienda que el peso delrecubrimiento sea igual al peso de la roca a detonar,lo que resulta impracticable para voladura de granvolumen.En estos casos es preferente el disparo de cargasreducidas bien secuenciadas y disponer de un ambienteprotegido, cubierto y suficientemente resistente paraimpactos (blasting shelter).CAPTULO 16TABLA DE CANTIDADES Y DISTANCIAS PARA ALMACENAJE DE EXPLOSIVOSEscala prctica, para mayor detalle debe revisar el reglamento del Discamec DSO19-71INCaptulo V.EXPLOSIVOSCantidad en kg Distancia en metros cuando el depsito est barricado Separacin Edificios Ferrocarriles Ms de entre depsitos habitados de pasajeros Carreteras 10 kg Metros Metros Metros Metros10 2,7 a 3 40 a 41 20,0 a 20,5 40 a 4120 3,4 a 4 55 a 57 27,5 a 28,5 55 a 5740 4,3 a 5,1 64 a 68 32 a 34 64 a 6860 4,9 a 6 73 a 80 36,5 a 40 73 a 8080 5,4 a 6,4 79 a 89 39,5 a 44,5 79 a 89100 5,8 a 7 83 a 95 41,5 a 47,5 83 a 95150 6,7 a 8 98 a 112 49 a 56 98 a 112200 7,3 a 9 104 a 120 52 a 60 104 a 120400 9,2 a 11 122 a 141 61,5 a 70,5 123 a 141500 10 a 12 138 a 158 69 a 79 138 a 158600 11 a 13 144 a 166 72 a 83 144 a 166800 12 a 15 154 a 178 77 a 89 154 a 1781.000 13 a 16 178 a 204 89 a 102 178 a 2042.000 16 a 20 226 a 254 113 a 127 226 a 2544.000 20 a 25 270 a 300 135 a 150 270 a 3005.000 22 a 27 286 a 304 143 a 152 286 a 3046.000 23 a 29 299 a 317 149,5 a 158,5 299 a 3178.000 25 a 32 312 a 330 156 a 165 312 a 33010.000 27 a 35 326 a 344 163 a 172 326 a 34420.000 34 a 45 341 a 360 170,5 a 180 341 a 360352CAPTULO 16353VIBRACIONES EN VOLADURASA. Parmetro de las ondasEl paso de una onda ssmica por un medio rocosoproduce en cada punto de ste un movimiento que seconoce por vibracin. Las vibraciones generadas porlas voladuras se consideran entonces como ondas detipo sinusoidal, donde los parmetros bsicos deanlisis son:a. Amplitud: es el desplazamiento mximo de un puntodel terreno desde su posicin de reposo, enpulgadas o milmetros.b. Velocidad de partcula es la velocidad a la que sedesplaza el punto, en pulg/s o en mm/s.c. Aceleracin: Es el ritmo de cambio de la velocidad,en pies/s2 o m/s2.d. Frecuencia: Es el nmero completo de oscilacionesen ciclos por segundo.En voladura, la amplitud es definida usualmente entrminos de velocidad (pulg/s) y la frecuencia en Hertz,o ciclos por segundo.B. Origen de las vibracionesGeneralmente las vibraciones excesivas del terreno soncausadas ya sea por colocar demasiada cargaexplosiva dentro del taladro o por el inapropiado diseode la voladura, especialmente en lo referente a lasecuencia de las salidas, de modo que parte de laenerga que no es utilizada en fragmentar y desplazarla roca producir vibraciones (por trmino medio un40% de la energa del explosivo se gasta en generarondas ssmicas en el entorno).Por tanto los primeros factores a considerar son losparmetros geomtricos del disparo, entre ellos:a. Dimetro del taladro: el aumento de dimetro esnegativo para el efecto de vibracin, pues lacantidad de explosivo por taladro es proporcionalal cuadrado del dimetro resultando en cargas enocasiones muy elevadas.b. Altura de banco: debe mantener una relacinptima H/B > 2 para mejor fragmentacin y reducirlas vibraciones al estar la carga menos confinada.c. Burden y espaciamiento: si el burden es excesivo,los gases de explosin encuentran resistencia parafragmentar y desplazar la roca, por lo que parte dela energa se transforma en ssmica, incrementandolas vibraciones.Este fenmeno es ms notorio en las voladuras deprecorte, donde pueden registrarse vibraciones cincoveces superiores a las de voladuras convencionales sino se mantiene un adecuado control.La intensidad de la vibracin en una localidad especficase determina mediante la siguiente relacin emprica,CAPTULO 16( )usualmente denominada Ley de Propagacin, querelaciona la velocidad de vibracin mxima con lacarga de explosivo y la distancia: DH -n PPV = K (Peak Particle Velocity) W1/2donde:PPV = velocidad pico de partcula, en pulgadaspor segundo (o en mm/s).K = constante emprica de transmisin de la roca(factor local), 800 para roca suave a 1 200para dura.DH = distancia horizontal entre la voladura y elpunto de medicin o registro, en pies ometros.W = mximo peso de carga explosiva permisiblepor retardo (mnimo de 8 milisegundos) ocarga de explosivo detonado instantneamente,en libras o kilos (W tambin se indica conla letra Q en diversa literatura).n = constante emprica determinada por lascondiciones geolgicas existentes en ellugar, usualmente 1,6Las variables desconocidas K y n para un lugarespecfico se determinan por pruebas de disparo depequeas cargas en la vecindad, previas al disparoprincipal que se quiere controlar. Estas pruebasdeterminan las propiedades de transmisin de las rocasy sobre la base de ellas se definir el tamao de lascargas en el disparo principal, para prevenir eventualesdaos.Las variaciones de los valores de K y n estncondicionadas por fenmenos de absorcin de altasfrecuencias, por irregularidades geolgicas queprovocan la refraccin y reflexin de las ondas, el tipode roca, la geometra del disparo y el tipo de explosivoutilizado.El exponente de W vara segn la simetra de la cargaexplosiva:A) Para carga esfrica (crter) D -n PPV = K W1/3B) Para carga cilndrica (convencional) DH -n PPV = K W1/2Para aclaracin, la velocidad pico de partculas serefiere al mayor valor de una o ms de las velocidadesdeterminadas por un sismgrafo para los componentesmutuamente perpendiculares de la vibracin en elterreno: horizontal, vertical y transversal. La mximaPPV permisible es de 1,92 pulg/s (USBM), sobre este( )( )354valor pueden ocurrir daos a estructuras ocontrucciones.Otros autores no consideran una simetra de cargaparticular y utilizan la siguiente expresin general:V = K x Wa x Dbdonde K, a y b son constantes empricas estimadaspara un lugar determinado mediante un anlisis deregresin mltiple.Como referencia, la constante K puede variar desde0,57 para rocas duras competentes hasta 3,40 parasuelos no consolidados.En general la amplitud de vibracin en estructurasasentadas sobre roca ser mayor que en estructurasasentadas en otras formaciones menos consolidadas;sin embargo, las frecuencias pueden ser ms altas, locual reduce la posibilidad de daos.d. La carga explosiva y los tiempos de retardoUna voladura con mltiples taladros disparadossimultneamente produce un violento efecto deconcusin y vibracin.Los retardos dentro de una voladura mayor fraccionana sta en una serie de pequeas y muy cercanasvoladuras de taladro individuales, minimizando esteefecto, tanto as que la mayora de los esquemas detiro propuestos por entidades especializadas,recomiendan pautas o espacios de intervalo de 8 9m, como los retardos mnimos que deben serintercalados entre cargas que van a ser consideradascomo separadas, con el fin de controlar la vibraciones.Sin embargo, esta regla no es rgida ya que paravoladuras pequeas y muy cercanas, el empleo deretardos ms cortos puede resultar mucho msadecuado, lo que tendr que comprobarse en cadacaso.Por otro lado, en voladuras efectuadas a grandesdistancias de estructuras, se requerir de retardosmayores para obtener verdadera separacin devibraciones, porque la vibracin producida por cadacarga individual se mantiene latente por mayor tiempo.Los tiempos de retardo entre cargas se pueden estimarcon la siguiente ecuacin:T = Kd x Bdonde:T = tiempo de retardoB = burdenKd = factor (3 a 5 ms/m)e. SobreconfinamientoAs como una carga con burden apropiadamentediseado producir mucha menos vibracin por kilode explosivo que una carga con un burden demasiadoamplio, tambin una excesiva sobreperforacin, dalugar a un extremado confinamiento de la cargaexplosiva, particularmente si el primer o cebo se colocaen la zona de sobreperforacin.Otro caso ocurre en las voladuras con varias filas detaladros, donde existe la tendencia de que la ltimafila resulte naturalmente sobreconfinada. Para evitaresto, es aconsejable emplear perodos mayores deretardo entre estas ltimas filas para darles mayor caralibre, pero teniendo en cuenta que en algunos tipos deterreno estos perodos mayores de tiempo pueden darlugar a la posibilidad de tiros cortados.Otro aspecto a tener presente es que si la secuencia seefecta en una fila de taladros, las vibraciones sernmayores en la direccin en la que se est produciendola secuencia de salida, debido al efecto acumulativode ondas denominado efecto de bola de nieve.Estudios recientes han demostrado que los retardos demilisegundo en detonadores comerciales son menosprecisos de lo que se crea. Ello puede resultar entiempos demasiado cercanos entre retardos adyacenteso aunque menos frecuentes, en traslapes de tiempos,as que donde sea condicin crtica que un taladrodeba detonar antes que el adyacente para proveeralivio seguro, puede ser una buena idea saltarse unnmero de la secuencia de retardo entre los dostaladros.El monitoreo de las vibraciones producidas porvoladuras de rocas en minas de tajo abierto y obrasciviles es importante cuando estn cerca a poblacioneso a instalaciones delicadas y para controlardeslizamientos de taludes en los bancos de explotacin,donde es preciso un riguroso control basado en cargasmnimas por taladro y encendido con microretardos.La mayora de minas subterrneas detonan tandasrelativamente pequeas y no tienen problemas notablesde vibracin.C. Equipos para el monitoreo de vibracionesUn equipo de control de vibraciones se componebsicamente de:a. Unos captadores electrodinmicos o piezoelctricos(gefonos, anteriormente descritos).b. Un equipo que amplifica las seales que vienen delos captadores, generalmente acoplado a un sistemade registro que permiten visualizar y tratar los datospara su interpretacin, denominados sismgrafospara voladuras.CAPTULO 16355Los equipos de registro ms simples slo graban eldibujo de la onda en un papel, sirviendo para verificarespordicamente si el valor pico de vibracin sobrepasaun determinado nivel.Los equipos ms completos para la realizacin deestudios, llevan incorporados sistemas de grabacinanalgicos o digitales para el anlisis de los valoresrecepcionados en el campo, proporcionando mayorinformacin (frecuencia, nivel de energa, etc.).Existen por tanto diversas opciones para la medicinde vibraciones directamente en el terreno. Los queregistran slo la velocidad pico son baratos, fciles deusar y adecuados en muchos casos para asegurar elcumplimiento de normas y regulaciones. Sin embargo,los sismgrafos que registran el evento total son mstiles para el mejor entendimiento e investigacin delos problemas de vibracin.D. Distancia escaladaDonde la vibracin no es un serio problema, losreglamentos permiten emplear la ecuacin del factorde escala o distancia escalada en lugar de lasmediciones de vibracin con un sismgrafo. Paradeterminar las cargas permisibles por retardo laecuacin de distancia escalada es:donde:Ds = distancia escaladaDi = distancia del rea de disparo a la estructuraa proteger (en pies).W1/2 = mxima carga explosiva en libras por cadaperodo de retardo en 8 m.EjemploSi el punto a proteger est a 500 pies del disparo y lavoladura tiene una carga mxima de 100 libras porcada perodo de 8 milisegundos, la distancia escaladadebe ser 50.Una distancia de 50 o ms proteger contra vibracionesmayores a 2 pulg/s segn esto, para una distancia de500 pies, podrn detonarse 100 lb. de explosivo: para1 000 pies, 400 lb; para 1 500 pies, 900 lb, etc.Otros parmetros empleados son:RELACIN DE ENERGA (R.E.): Cuyo lmite debe ser1,0R.E = (3,29 fA)2donde:f = frecuencia en ciclos/sA = amplitud en pulgadasy tambin:RE = 1 PPV = 1,92 pulg/sENERGA DE VIBRACIN (E.V.): en cuyo caso el rangode 3 a 6 es aceptable (ms de 6 es peligroso)E.V = a2 / f2donde:a = aceleracin pico en pulg/s2.f = frecuencia/s o ciclo/sLos registros sismogrficos de la operacin devoladura, describiendo el trazo, carguo, cantidad deexplosivo, encendido, y otros aspectos pertinentes sobrela voladura, son esenciales para casos legales o parainvestigacin tcnica.CRITERIO LMITE PARA VIBRACIONES OSM(OFFICE OF SURFACE MINING USA)Criterio de velocidad de partcula:de 0 a 300 pies 1,25 pie/sde 301 a 5 000 pies 1,00 pie/sde 5 001 a ms 0,75 pie/sCriterio de distancia escalar:de 0 a 300 pies 50de 301 a 5 000 55de 5 001 a ms 60Daos a estructuras por vibraciones:No existe un nivel de referencia sobre el cual losdaos empezarn a ocurrir. Este nivel depender entreotros aspectos del tipo, condicin y edad de laestructura, del tipo de terreno sobre el cual se haconstruido la estructura a proteger, y de la frecuenciade la vibracin en Hertz.El mayor dao ocurre con una VPP de 7,6 pulg/s y deacuerdo al USBM una de 2 pulg/s es razonable paraseparar una zona relativamente segura de unaprobablemente peligrosa para una estructura.La vibracin puede llegar a una edificacin por loscimientos, y en funcin de su frecuencia y de suvelocidad, la estructura responder a estavibracin con otra mayor o menor, en funcin de suspropias caractersticas elsticas.La peor situacin se produce cuando la frecuenciaproducida coincide con la frecuencia natural devibracin de la propia estructura, fenmeno conocidocomo RESONANCIA, muy destructivo, ya que acumulatensiones que afectan a los enlucidos, vidrios, y creagrietas de distintas magnitudes.Igualmente sensibles son ciertas estructurasnaturales o condiciones del terreno que pueden serdesestabilizadas con riesgo de desplomarse (taludesen minas o en carreteras, cornisas de hielo o nieveque pueden caer en avalancha, etc.).CAPTULO 16356En obras de ingeniera cercanas a centros pobladosdebe tenerse en cuenta que las personas tienden aquejarse de vibraciones muy por debajo de losniveles dainos. El grado de tolerancia de unindividuo depende de su salud, del temor a losdaos, de su actitud hacia la operacion minera u obraen trabajo.Un ejemplo del Rango de Percepcin a las Vibra-ciones por personas en reposo es el siguiente:- Apenas perceptible: PPV = 0,02 mm/s (f = 3 a 25 Hz)- Incmoda: PPV = 0,5 mm/s (f = 30 Hz y 50 mm/s a 5 Hz)- Fuertemente perceptible: PPV = 25 mm/s (f = 2,5 a 25 Hz) para un tiempo de 5 segundos.Onda snica:La onda snica de la explosin producir desdesobresalto hasta rotura de vidrios, segn la distancia ycircunstancias en que se produce, lo que tambin puedeser motivo de queja en disparos en zonas pobladas.Esta onda entre otras razones se produce porcompresin del aire al desplazarse la cresta o burdendel disparo, por explosivo no confinado (cordndetonante superficial, taladros no taponados) y porsobrecarga de explosivo.Cuando sea necesario reducir el nivel de la onda snicase recomienda:- Evitar el empleo de cordn detonante expuesto,cubrirlo con unos 10 cm de tierra suelta.- Seleccionar esquemas y secuencias de tiro queeviten el reforzamiento de ondas.- No dejar taladros sin taquear.- No disparar la voladura cuando la direccin delviento sea crtica hacia la zona a proteger.Tampoco es recomendable disparar muy tempranoo en la noche, por la temperatura ambiente quefavorece su desplazamiento y por la condicin dequietud a esas horas.CAPTULO 16357Reduccin de niveles de vibracin del terreno porvoladurasUn excesivo nivel de vibracin en una voladura deproduccin seala una sobrecarga o una inadecuadasecuencia de tiempos de salida. Aunque cada casorequiere un anlisis particular, se sugieren algunasmedidas para aminorarlo:1. Minimizar la carga de explosivo por unidad demicroretardo:a. Reduciendo el dimetro de perforacin.b. Acortando la longitud de los taladros.c. Seccionando y espaciando las cargas dentrode los taladros, e inicindolas en tiemposescalonados (decks).d. Utilizando el mayor nmero de detonadoreso tiempos de retardo posibles (con explosoressecuenciales de microretardo si se supera laserie comercial de detonadores elctricos ono elctricos disponibles, esto naturalmenteen voladuras con gran nmero de taladroso con muchas cargas espaciadas).2. Reducir el nmero de taladros con detonadoresinstantneos, ya que stos producen ms impacto.3. Elegir un tiempo de retardo entre barrenos y filasefectivas que evite una fuerte superposicin de ondasy permita un buen desplazamiento de la rocadisparada.4. Disponer la secuencia de iniciacin de modo questa progrese desde el extremo ms prximo a laestructura a proteger alejndose de la misma.5. Utilizar el consumo especfico adecuado, ya queun consumo excesivo da lugar a una sobrecargainnecesaria acompaada de grandes efectosperturbadores .6. Disponer el esquema de taladros con unarelacin H/B > 2.7. Controlar la perforacin para que las mallas realescoincidan con las nominales.8. Emplear sobreperforaciones con las longitudesmnimas necesarias para un buen arranque.9. Disponer los frentes con la mayor superficie libreposible.10.Crear pantallas o discontinuidades entre lasestructuras a proteger y las voladuras, por ejemplocon una cortina de taladros de precorte.CAPTULO 16358- Explosives for North American Engineers C.E.Gregory- Manual para uso de Explosivos (BlastersHandbook)Du Pont - 175 Aniversary - ISEE- Tcnicas suecas de VoladuraRune Gustavson- Explosives, An Engineering ToolG. Berta- Rock BlastigU. Langefors & B. Kihlstrom- Surface Blast DesignCalvin J. Konya - Edwar J. Walter- Blasting OperationsGary B. Hemphill- Explosives - Third EditionRudolf Meyer- Explosives and Rock BlastingAtlas Powder Company- Applied Explosives TechnologyStig O. Olofsson- Rock Blasting and Explosives EngineeringPer-Anders Persson - Roger Holmberg - Jaimin Lee- Manual de Perforacin y Voladura de RocasCarlos Lpez Jimeno - Emilio Lpez Jimeno - JosMara Pernia LLera - Fernando Pla Ortiz de UrbinaInstituto Geolgico y Minero de Espaa- ModerN Trends in Tunelling and Blast DesignJhon Johansen- Gli ExplosiviG. Antonioli - G. Masera- Blasting PracticeI.C.I.- Factors in Selecting and Appliying CommercialExplosives and Blasting AgentsU.S. Bureau of Mines - Circular 8405- Der SprengberechtigteIng. Horst Roschlau- Spreng Technisches HandbuchDynamit Nobel- Materias ExplosivasM. katz - L. Metz- Surface MiningEugene P. Pfleider- Moving the earthH.L. Nichols Jr.- Elementos de MineraG. J.Young- Mining Methods & EquipmentKoehler S. Stout- Labores MinerasS. Borisov - M. Klokov - B. Gornovoi- Rock Drilling ManualAtlas Copco- Geologa EstruturalL.V. de Sitter- Geologa de MinasHueh Exton Mc. Kinstry- Geologa PrcticaFrederic H. Lahee- Geologa FsicaArthur Holmes- Geologa y Geotecnia para IngenierosDimitri P. Krynine - William R. Judo- Geologa y Estratigrafa (Per)C. I. Lisson- Geologa del PerG. Steinmann- Mecnica de Rocas en Ingeniera PrcticaD.U. Deere- Fundamentos de Mecnica de RocasD. F. Coates- Manual Prctico de Voladura ExsaPrimera, Segunda y Tercera Ediciones- Trabajos Diversos de Voladura en campoDepartamento Tcnico Exsa S.A.- Boletines Tcnicos 1 al 23 y Publicaciones Variasde Voladura y Seguridad en Uso de Explosivos -Catlogos de Productos - Folletos Siempre-NuncaDepartamento Tcnico EXSA S.A.BIBLIOGRAFA

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